【摘要】：高壓管匯在石油工業(yè)設(shè)備中具有重要作用,廣泛應(yīng)用于油田鉆井、固井、測井、壓裂作業(yè)、試油作業(yè)、連續(xù)油管作業(yè)、砂控作業(yè)及海洋平臺。隨著壓裂作業(yè)難度的增加,管匯的壓力等級不斷提高,可達(dá)140MPa。在改變流體速度和流向的部位最易發(fā)生爆裂,主要表現(xiàn)為活動彎頭、三通、旋塞閥等部件的失效,導(dǎo)致管匯失效爆裂,嚴(yán)重威脅到加砂壓裂施工人員和設(shè)備安全。本文以高壓活動彎頭為研究對象,從失效分析、沖蝕磨損、熱處理工藝、疲勞壽命及結(jié)構(gòu)改進(jìn)等方面進(jìn)行研究。根據(jù)管匯失效樣品及國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)分析總結(jié),得出高壓管匯壽命不足主要由管匯件材料性能及外在沖蝕作用兩方面的原因?qū)е�。對于外在沖蝕作用,針對流體速度、顆粒直徑、質(zhì)量流量、流體粘度等主要因素研究彎管結(jié)構(gòu)中的流動情況,得出不同因素對沖蝕率的影響,并分析了各因素對沖蝕率的影響程度。在材料性能方面,針對高壓活動彎頭的熱處理工藝進(jìn)行研究,試驗選用了15CrNiMo鋼為研究對象,對15CrNiMo鋼采用了幾種不同的熱處理工藝(如滲碳、水淬、等溫淬火、低溫回火等),對比分析各熱處理工藝后的金相組織、硬度、耐磨性。研究發(fā)現(xiàn),15CrNiMo鋼采用滲碳+等溫淬火處理,最終工作面可獲得下貝氏體組織,其強度及耐磨性得到顯著提高,心部材料仍具有良好的塑性及韌性,從而可提高材料的綜合力學(xué)性能,延長高壓活動彎頭的使用壽命。分析了研究疲勞壽命的不同力學(xué)方法,最終選用斷裂力學(xué)理論,對于高壓活動彎頭在不同應(yīng)力幅下的壽命進(jìn)行理論計算,為管道檢修人員制定檢查周期提供參考。在彎頭沖蝕磨損的研究中,我們已得到彎頭最易磨損的位置為外圓弧內(nèi)壁處。因此可針對以上結(jié)論,對彎頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行壁厚上的改進(jìn)。在滿足內(nèi)壁厚的情況下,適當(dāng)?shù)卦黾油獗诤?提高使用壽命。
【圖文】：

從中華人民共和國成立后，國家將石油行業(yè)的發(fā)展擺在重要位置，直到 80年代后石油工業(yè)有了嶄新的發(fā)展。目前，石油產(chǎn)品在我國在農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)、交通運輸和國防建設(shè)中都起著重要作用。在當(dāng)前新形勢下，全球范圍內(nèi)石油資源的緊缺以及國內(nèi)對成品油的需求日益增加，石化工業(yè)目前正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此，石化產(chǎn)業(yè)要想在當(dāng)下發(fā)展前景下立足，必須具有很強的競爭力。高壓管匯在石油工業(yè)設(shè)備中具有重要作用，廣泛應(yīng)用于油田鉆井、固井、測井、壓裂、試油作業(yè)、連續(xù)油管作業(yè)、砂控作業(yè)及海洋平臺[1]。高壓管匯主要承壓件包括活動彎頭、三通、直管、由壬、法蘭、旋塞閥、單向閥、安全閥、節(jié)流閥等，額定工作壓力值系列為：14MPa 、21MPa 、28MPa 、35MPa 、42MPa 、53MPa 、70MPa 、105MPa[2]。隨著石油開采難度的增加，管匯的壓力等級不斷提高，可達(dá) 140MPa。根據(jù)油田現(xiàn)場研究統(tǒng)計，在 08 年到 15 年期間，在作業(yè)過程中發(fā)生高壓管匯爆裂 36起，并且這個數(shù)據(jù)將不斷上升[3]。在改變流體速度和流向的部位最易發(fā)生爆裂，主要表現(xiàn)為活動彎頭的失效如圖 1-1、1-2 所示，導(dǎo)致管匯失效爆裂，嚴(yán)重威脅到加砂壓裂施工人員和設(shè)備安全。

從中華人民共和國成立后，國家將石油行業(yè)的發(fā)展擺在重要位置，直到 80年代后石油工業(yè)有了嶄新的發(fā)展。目前，石油產(chǎn)品在我國在農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、重工業(yè)、交通運輸和國防建設(shè)中都起著重要作用。在當(dāng)前新形勢下，全球范圍內(nèi)石油資源的緊缺以及國內(nèi)對成品油的需求日益增加，石化工業(yè)目前正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此，石化產(chǎn)業(yè)要想在當(dāng)下發(fā)展前景下立足，必須具有很強的競爭力。高壓管匯在石油工業(yè)設(shè)備中具有重要作用，廣泛應(yīng)用于油田鉆井、固井、測井、壓裂、試油作業(yè)、連續(xù)油管作業(yè)、砂控作業(yè)及海洋平臺[1]。高壓管匯主要承壓件包括活動彎頭、三通、直管、由壬、法蘭、旋塞閥、單向閥、安全閥、節(jié)流閥等，額定工作壓力值系列為：14MPa 、21MPa 、28MPa 、35MPa 、42MPa 、53MPa 、70MPa 、105MPa[2]。隨著石油開采難度的增加，管匯的壓力等級不斷提高，可達(dá) 140MPa。根據(jù)油田現(xiàn)場研究統(tǒng)計，在 08 年到 15 年期間，在作業(yè)過程中發(fā)生高壓管匯爆裂 36起，并且這個數(shù)據(jù)將不斷上升[3]。在改變流體速度和流向的部位最易發(fā)生爆裂，主要表現(xiàn)為活動彎頭的失效如圖 1-1、1-2 所示，，導(dǎo)致管匯失效爆裂，嚴(yán)重威脅到加砂壓裂施工人員和設(shè)備安全。
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE93

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2619013