本文關鍵詞：水力壓裂工況下典型材質(zhì)損傷行為及機理研究，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,高壓大排量和多相介質(zhì)對壓裂工具及油套管產(chǎn)生嚴重的損傷破壞,極大限制了壓裂施工的安全運行,是制約油田安全生產(chǎn)的關鍵問題之一。本文針對水力壓裂工況,對壓裂工具損傷形貌進行分析,結合固液和氣液兩相流模型,對噴砂器及油套環(huán)空內(nèi)沖刷和空化磨損情況進行了模擬,分析了噴砂器外壁和對應套管的沖刷磨損和空化磨損特征,模擬結果與損傷形貌分析吻合,得出腐蝕、沖蝕和空蝕是壓裂過程需考慮的損傷類型。結合壓裂工具用套管鋼、噴砂器襯套用硬質(zhì)合金及AC-HVAF防護涂層等典型材質(zhì),采用電化學測試方法,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。鈍化膜成分和結構影響材料腐蝕行為。套管P110鋼點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測試相結合方法,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的主導作用,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);硬度相對較高的YW2合金和WC防護涂層抗空蝕性能優(yōu)異。提出了不同材質(zhì)的空蝕機理,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,導致硬相直接被剝離表面。采用噴射沖蝕與電化學測試相結合方法,得出了典型材質(zhì)在壓裂工況下的沖蝕規(guī)律。沖蝕時,純機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,穩(wěn)定鈍化膜對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,以層狀減薄方式進行。硬質(zhì)合金和涂層表現(xiàn)出脆性沖蝕特征,側重于陶粒對表面的碰撞和切削剝蝕作用。降低孔隙率和提高粘結相結合強度是提高涂層在壓裂液中損傷的關鍵。針對水力壓裂工況,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)的篩選及防護涂層的推廣應用提供了科學依據(jù),同時也為壓裂工具的安全服役及壓裂施工的安全運行提供了技術保障。
【關鍵詞】：壓裂 噴砂器 數(shù)值模擬 腐蝕 空蝕 沖蝕 AC-HVAF
【學位授予單位】：東北石油大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE357.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 創(chuàng)新點摘要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 水力壓裂技術及應用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 空泡腐蝕實驗研究概況14-17
• 1.3.1 空泡腐蝕14-15
• 1.3.2 空蝕影響因素15
• 1.3.3 空蝕實驗方法15-16
• 1.3.4 空蝕國內(nèi)外研究概況16-17
• 1.4 沖刷腐蝕實驗研究概況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 沖蝕實驗研究方法19
• 1.4.4 沖蝕國內(nèi)外研究概況19-20
• 1.5 多相流中抗損傷防護涂層研究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 本文的主要研究內(nèi)容23-24
• 第2章 水力壓裂過程損傷類型及特征24-40
• 2.1 水力壓裂過程24-25
• 2.2 水力壓裂涉及的損傷類型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腐蝕行為研究40-63
• 3.1 實驗方法40-44
• 3.1.1 實驗材料40-42
• 3.1.2 實驗介質(zhì)42
• 3.1.3 實驗過程42-44
• 3.2 套管鋼在壓裂液中電化學腐蝕行為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理研究48-53
• 3.3 硬質(zhì)合金在壓裂液中電化學腐蝕行為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理研究54-56
• 3.4 AC-HVAF涂層在壓裂液中電化學腐蝕行為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)律及機理研究63-89
• 4.1 實驗方法63-65
• 4.1.1 實驗材料及介質(zhì)63-64
• 4.1.2 實驗設備64-65
• 4.1.3 實驗過程65
• 4.2 空蝕失重實驗結果65-71
• 4.2.1 空蝕時間影響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 空蝕條件下電化學腐蝕行為71-75
• 4.3.1 空蝕對極化電阻影響71-72
• 4.3.2 空蝕對腐蝕電位影響72-73
• 4.3.3 空蝕對極化曲線影響73-75
• 4.4 空蝕和腐蝕交互作用75-78
• 4.4.1 空蝕對腐蝕影響75-76
• 4.4.2 腐蝕對空蝕影響76-78
• 4.4.3 硬度和耐蝕性對空蝕性能影響78
• 4.5 空蝕形貌及機理78-88
• 4.5.1 套管鋼空蝕形貌及機理78-83
• 4.5.2 硬質(zhì)合金及涂層空蝕形貌及機理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)律及機理研究89-120
• 5.1 實驗方法89-92
• 5.1.1 實驗材料及介質(zhì)89
• 5.1.2 實驗設備89-90
• 5.1.3 實驗過程90-92
• 5.2 沖蝕失重實驗結果92-99
• 5.2.1 沖蝕時間影響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比98-99
• 5.3 沖蝕條件下電化學腐蝕行為99-102
• 5.3.1 極化電阻99-100
• 5.3.2 動電位極化曲線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系106-108
• 5.6 沖蝕形貌及機理108-119
• 5.6.1 套管鋼沖蝕形貌及機理108-111
• 5.6.2 硬質(zhì)合金沖蝕形貌及機理111-113
• 5.6.3 涂層沖蝕形貌及機理113-118
• 5.6.4 空蝕與沖蝕性能對比118-119
• 5.7 本章小節(jié)119-120
• 結論與展望120-122
• 參考文獻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】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 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];石油礦場機械;2012年08期

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

本文編號：271769