本文關(guān)鍵詞：水力壓裂工況下典型材質(zhì)損傷行為及機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水力壓裂是目前改善低滲透油藏和提高采收率的有效措施之一。壓裂時(shí),高壓大排量和多相介質(zhì)對(duì)壓裂工具及油套管產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷破壞,極大限制了壓裂施工的安全運(yùn)行,是制約油田安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文針對(duì)水力壓裂工況,對(duì)壓裂工具損傷形貌進(jìn)行分析,結(jié)合固液和氣液兩相流模型,對(duì)噴砂器及油套環(huán)空內(nèi)沖刷和空化磨損情況進(jìn)行了模擬,分析了噴砂器外壁和對(duì)應(yīng)套管的沖刷磨損和空化磨損特征,模擬結(jié)果與損傷形貌分析吻合,得出腐蝕、沖蝕和空蝕是壓裂過(guò)程需考慮的損傷類(lèi)型。結(jié)合壓裂工具用套管鋼、噴砂器襯套用硬質(zhì)合金及AC-HVAF防護(hù)涂層等典型材質(zhì),采用電化學(xué)測(cè)試方法,得出了典型材質(zhì)在壓裂液中的腐蝕規(guī)律,確定了材料的鈍化穩(wěn)定特征。鈍化膜成分和結(jié)構(gòu)影響材料腐蝕行為。套管P110鋼點(diǎn)蝕和局部腐蝕阻力高于N80和J55鋼,襯套用硬質(zhì)合金YG8抵抗均勻腐蝕阻力強(qiáng)于YW2。膜層中高的Mo、Cr、Mn含量及低的缺陷濃度使得非晶涂層具有比WC涂層更為穩(wěn)定的鈍化特征。采用超聲空蝕與電化學(xué)測(cè)試相結(jié)合方法,得出了典型材質(zhì)在壓裂工況下的空蝕規(guī)律。確定了耐蝕性和硬度在空蝕時(shí)的主導(dǎo)作用,耐蝕性是低硬度套管鋼抗空蝕性第一判據(jù),套管P110鋼耐蝕性好抗空蝕性能最優(yōu);硬度相對(duì)較高的YW2合金和WC防護(hù)涂層抗空蝕性能優(yōu)異。提出了不同材質(zhì)的空蝕機(jī)理,套管鋼氣泡潰滅產(chǎn)生于鐵素體相及晶界,硬質(zhì)合金和涂層則是氣泡潰滅垂直沖擊孔隙或缺陷區(qū)域,導(dǎo)致硬相直接被剝離表面。采用噴射沖蝕與電化學(xué)測(cè)試相結(jié)合方法,得出了典型材質(zhì)在壓裂工況下的沖蝕規(guī)律。沖蝕時(shí),純機(jī)械沖刷引起的失重為主,硬度高的N80鋼,YW2硬質(zhì)合金和WC涂層抗沖蝕性能優(yōu)異。低于臨界流速時(shí),穩(wěn)定鈍化膜對(duì)于沖刷具有一定抑制作用。確定了腐蝕和沖蝕的交互作用,套管鋼由力學(xué)因素引起的腐蝕增量明顯,硬質(zhì)合金和涂層則由腐蝕引起的增量占較高比例。提出了不同材質(zhì)的沖蝕機(jī)理,套管鋼表面呈現(xiàn)以犁削為主的韌性沖蝕痕跡,以層狀減薄方式進(jìn)行。硬質(zhì)合金和涂層表現(xiàn)出脆性沖蝕特征,側(cè)重于陶粒對(duì)表面的碰撞和切削剝蝕作用。降低孔隙率和提高粘結(jié)相結(jié)合強(qiáng)度是提高涂層在壓裂液中損傷的關(guān)鍵。針對(duì)水力壓裂工況,提出了噴砂器及油套管材料的選用方法。本文的研究為水力壓裂典型材質(zhì)的篩選及防護(hù)涂層的推廣應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù),同時(shí)也為壓裂工具的安全服役及壓裂施工的安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障。
【關(guān)鍵詞】：壓裂 噴砂器 數(shù)值模擬 腐蝕 空蝕 沖蝕 AC-HVAF
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TE357.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 水力壓裂工況下的損傷12-13
• 1.1.1 水力壓裂技術(shù)及應(yīng)用12
• 1.1.2 水力壓裂管柱損傷12-13
• 1.2 基于CFD的多相流數(shù)值模擬研究13-14
• 1.2.1 沖刷磨損數(shù)值模擬研究13-14
• 1.2.2 空化磨損數(shù)值模擬研究14
• 1.3 空泡腐蝕實(shí)驗(yàn)研究概況14-17
• 1.3.1 空泡腐蝕14-15
• 1.3.2 空蝕影響因素15
• 1.3.3 空蝕實(shí)驗(yàn)方法15-16
• 1.3.4 空蝕國(guó)內(nèi)外研究概況16-17
• 1.4 沖刷腐蝕實(shí)驗(yàn)研究概況17-20
• 1.4.1 沖刷腐蝕17-18
• 1.4.2 沖蝕影響因素18-19
• 1.4.3 沖蝕實(shí)驗(yàn)研究方法19
• 1.4.4 沖蝕國(guó)內(nèi)外研究概況19-20
• 1.5 多相流中抗損傷防護(hù)涂層研究20-22
• 1.5.1 金屬或金屬陶瓷涂層21
• 1.5.2 非晶金屬涂層21-22
• 1.6 本文的研究目的、意義及內(nèi)容22-24
• 1.6.1 本文的研究目的和意義22-23
• 1.6.2 本文的主要研究?jī)?nèi)容23-24
• 第2章 水力壓裂過(guò)程損傷類(lèi)型及特征24-40
• 2.1 水力壓裂過(guò)程24-25
• 2.2 水力壓裂涉及的損傷類(lèi)型25-27
• 2.2.1 噴砂器損傷25-27
• 2.2.2 油套管損傷27
• 2.3 噴砂器及套管沖刷磨損特征27-30
• 2.3.1 沖刷磨損數(shù)值模擬28-29
• 2.3.2 沖刷磨損特征分析29-30
• 2.4 噴砂器及套管空化磨損特征30-38
• 2.4.1 空化模擬基本假設(shè)32-33
• 2.4.2 空化模型的控制方程33-34
• 2.4.3 特性參數(shù)及邊界條件34-35
• 2.4.4 空化磨損特征分析35-38
• 2.5 本章小節(jié)38-40
• 第3章 典型材質(zhì)在壓裂液中的電化學(xué)腐蝕行為研究40-63
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方法40-44
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)材料40-42
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)介質(zhì)42
• 3.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程42-44
• 3.2 套管鋼在壓裂液中電化學(xué)腐蝕行為44-53
• 3.2.1 壓裂液交聯(lián)比影響44
• 3.2.2 壓裂液濃度影響44-46
• 3.2.3 壓裂液溫度影響46-47
• 3.2.4 壓裂液中KCl含量影響47-48
• 3.2.5 套管鋼在壓裂液中腐蝕機(jī)理研究48-53
• 3.3 硬質(zhì)合金在壓裂液中電化學(xué)腐蝕行為53-56
• 3.3.1 壓裂液溫度影響53
• 3.3.2 壓裂液中KCl含量影響53-54
• 3.3.3 硬質(zhì)合金在壓裂液中腐蝕機(jī)理研究54-56
• 3.4 AC-HVAF涂層在壓裂液中電化學(xué)腐蝕行為56-62
• 3.4.1 壓裂液溫度影響56-57
• 3.4.2 壓裂液中KCl含量影響57
• 3.4.3 AC-HVAF涂層在壓裂液中腐蝕機(jī)理研究57-62
• 3.5 本章小節(jié)62-63
• 第4章 典型材質(zhì)在壓裂液中的空蝕規(guī)律及機(jī)理研究63-89
• 4.1 實(shí)驗(yàn)方法63-65
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及介質(zhì)63-64
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備64-65
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程65
• 4.2 空蝕失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果65-71
• 4.2.1 空蝕時(shí)間影響65-67
• 4.2.2 壓裂液濃度影響67-68
• 4.2.3 溫度影響68-69
• 4.2.4 壓裂液中KCl含量影響69-71
• 4.3 空蝕條件下電化學(xué)腐蝕行為71-75
• 4.3.1 空蝕對(duì)極化電阻影響71-72
• 4.3.2 空蝕對(duì)腐蝕電位影響72-73
• 4.3.3 空蝕對(duì)極化曲線影響73-75
• 4.4 空蝕和腐蝕交互作用75-78
• 4.4.1 空蝕對(duì)腐蝕影響75-76
• 4.4.2 腐蝕對(duì)空蝕影響76-78
• 4.4.3 硬度和耐蝕性對(duì)空蝕性能影響78
• 4.5 空蝕形貌及機(jī)理78-88
• 4.5.1 套管鋼空蝕形貌及機(jī)理78-83
• 4.5.2 硬質(zhì)合金及涂層空蝕形貌及機(jī)理83-88
• 4.6 本章小節(jié)88-89
• 第5章 典型材質(zhì)在壓裂液中的沖蝕規(guī)律及機(jī)理研究89-120
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方法89-92
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料及介質(zhì)89
• 5.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備89-90
• 5.1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程90-92
• 5.2 沖蝕失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果92-99
• 5.2.1 沖蝕時(shí)間影響92-93
• 5.2.2 陶粒粒徑的影響93-94
• 5.2.3 含砂量影響94-95
• 5.2.4 沖擊角度影響95-96
• 5.2.5 流速影響96-97
• 5.2.6 壓裂液中KCl含量影響97
• 5.2.7 外加電位影響97-98
• 5.2.8 不同材料沖蝕性能對(duì)比98-99
• 5.3 沖蝕條件下電化學(xué)腐蝕行為99-102
• 5.3.1 極化電阻99-100
• 5.3.2 動(dòng)電位極化曲線100-102
• 5.4 沖蝕與腐蝕交互作用102-104
• 5.5 壓裂液中材料沖蝕臨界流速研究104-108
• 5.5.1 臨界流速恒電位i-t確定104-106
• 5.5.2 AC-HVAF涂層的臨界流速與鈍化膜關(guān)系106-108
• 5.6 沖蝕形貌及機(jī)理108-119
• 5.6.1 套管鋼沖蝕形貌及機(jī)理108-111
• 5.6.2 硬質(zhì)合金沖蝕形貌及機(jī)理111-113
• 5.6.3 涂層沖蝕形貌及機(jī)理113-118
• 5.6.4 空蝕與沖蝕性能對(duì)比118-119
• 5.7 本章小節(jié)119-120
• 結(jié)論與展望120-122
• 參考文獻(xiàn)122-132
• 攻讀博士期間發(fā)表文章及參加科研情況132-133
• 致謝133-134

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 王尊策;王森;徐艷;劉華;馬全善;;基于FLUENT軟件的噴砂器磨損規(guī)律數(shù)值模擬[J];石油礦場(chǎng)機(jī)械;2012年08期

  本文關(guān)鍵詞：水力壓裂工況下典型材質(zhì)損傷行為及機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：271769