隨著中國能源需求和消費的快速增長,頁巖油氣已成為近些年石油領(lǐng)域的開發(fā)熱點。然而,頁巖氣井套管變形損傷問題十分嚴(yán)重,造成大量氣井損失,影響了頁巖氣開采進度和效率。頁巖氣井高參數(shù)復(fù)雜壓裂套管變形嚴(yán)重,套損形貌呈現(xiàn)非均勻外擠變形和剪切變形,有效的提高套管柱的抗擠性能和抗剪切性能將極大的抑制套損率。本文提出采用應(yīng)變強化理論對頁巖氣套管大變形失效問題進行研究。采用有限元模擬的方法,建立了套管剪切變形仿真模型,分析切線模量斜率與套管最大徑向變形的作用規(guī)律、構(gòu)建應(yīng)變強化擬合方程,建立剪切套管切線模量和應(yīng)變強化指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。通過合金元素強化和熱處理工藝兩種方式可使材料的強度提高,合金元素強化使材料的屈服強度和抗拉強度分別提高了約32.1%與21%;與合金元素強化相比,熱處理工藝使材料的抗拉強度得到大幅度的提高,最高可達1380MPa。通過實物實驗對應(yīng)變強化后的套管進行剪切加載驗證,結(jié)果表明:套管抗剪切變形能力得到增強,元素強化新套管最大剪切變形下降了17.1%,熱處理強化新套管最大剪切變形下降了13%;結(jié)合對強化后新材料套管的顯微組織觀察,從微觀組織角度對應(yīng)變強化行為進行分析與評價。 

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究目的及意義
    1.2 頁巖氣國內(nèi)外開采現(xiàn)狀
        1.2.1 國外開采現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)開發(fā)歷程
    1.3 頁巖油氣形成發(fā)展簡介
        1.3.1 頁巖氣沉積演化過程
        1.3.2 頁巖氣成藏特征及貯藏條件
    1.4 頁巖氣開采套損現(xiàn)狀及原因
        1.4.1 頁巖氣井套管存在問題現(xiàn)狀
        1.4.2 頁巖氣開采套管損壞原因
    1.5 頁巖套損問題研究方法及思路
    1.6 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線
第二章 頁巖氣井套變機理分析
    2.1 頁巖氣井損傷現(xiàn)狀
    2.2 頁巖氣井套管損傷機理
        2.2.1 地層剪切錯動
        2.2.2 地層滑移模型建立
        2.2.3 水力壓裂破壞
        2.2.4 套管固井應(yīng)力偏心影響
        2.2.5 溫度應(yīng)力
    2.3 本章小結(jié)
第三章 工業(yè)套管變形行為模擬研究
    3.1 有限元相關(guān)理論
        3.1.1 有限元分析原理及應(yīng)用
        3.1.2 雙線性強化模型
        3.1.3 有限元屈服準(zhǔn)則
    3.2 套管剪切變形仿真模型建立
        3.2.1 仿真實驗?zāi)Ｐ驮O(shè)定
        3.2.2 剪切載荷工況套管變形規(guī)律模擬
    3.3 仿真實驗結(jié)果分析與討論
        3.3.1 剪切位移量的變化規(guī)律
        3.3.2 剪切套管應(yīng)力變化規(guī)律
    3.4 形變強化階段擬合方程
    3.5 切線模量與材料應(yīng)變硬化指數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系
    3.6 本章小結(jié)
第四章 新材料強化方式與設(shè)計
    4.1 材料強化理論
        4.1.1 細(xì)晶強化
        4.1.2 固溶強化
        4.1.3 第二相強化
        4.1.4 形變強化
    4.2 新材料強化影響因素
        4.2.1 化學(xué)元素的影響
        4.2.2 熱處理工藝作用
    4.3 新材料強化思路與方案
    4.4 新材料元素強化實驗
        4.4.1 元素強化設(shè)計
        4.4.2 棒狀試樣拉伸
        4.4.3 元素強化結(jié)果與分析
    4.5 新材料熱處理強化工藝
        4.5.1 熱處理工藝設(shè)計
        4.5.2 熱處理組織性能
        4.5.3 熱處理結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 新材料套管性能與微觀組織分析
    5.1 材料抗剪切強度
    5.2 套管剪切力學(xué)性能
    5.3 新材料套管剪切實驗及力學(xué)性能
        5.3.1 實驗材料及方法
        5.3.2 實驗過程
        5.3.3 實驗結(jié)果及分析
    5.4 材料應(yīng)變強化行為微觀分析
        5.4.1 微合金化處理
        5.4.2 鋼的微觀組織應(yīng)變過程對硬化指數(shù)n值的影響
        5.4.3 材料微觀組織形貌
    5.5 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論及建議
致謝
參考文獻
攻讀學(xué)位期間參加科研情況及獲得的學(xué)術(shù)成果


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3692667