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        N80石油套管的沖擊試驗(yàn)與分析

        2013-11-22 05:26:36馮定馬威長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院湖北荊州434023
        石油天然氣學(xué)報(bào) 2013年10期
        關(guān)鍵詞:分析

        馮定,馬威(長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 荊州 434023)

        劉顯(長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝技術(shù)管理部,陜西 西安 720012)

        張樹(shù)民(廊坊中油郎威工程項(xiàng)目管理有限公司,河北 廊坊 065000)

        張紅,施雷,晏健,李志敏(長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北荊州 434023)

        石油套管主要用于鉆井過(guò)程中和完井后對(duì)井壁的支撐,以保證鉆井過(guò)程的進(jìn)行和完井后整個(gè)油井的正常運(yùn)行。它是維持油井運(yùn)行的生命線。由于地質(zhì)條件不同,井下受力狀態(tài)復(fù)雜,拉、壓、彎、扭應(yīng)力綜合作用于管體,這對(duì)套管本身的質(zhì)量提出了較高的要求。一旦套管本身由于某種原因而損壞,可能導(dǎo)致整口井的減產(chǎn),甚至報(bào)廢。為此,筆者,利用帶低溫槽的沖擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)N80套管進(jìn)行了沖擊試驗(yàn),根據(jù)得到的數(shù)據(jù)結(jié)果,分析了不同條件下套管材料的抗沖擊性能的變化[1]。

        1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

        1.1 試驗(yàn)設(shè)備

        試驗(yàn)所用的沖擊裝置示意圖如圖1所示。試驗(yàn)時(shí)將試樣放在試驗(yàn)機(jī)支座上,缺口位于沖擊相背方向,并使缺口位于支座中間,然后將具有一定重量的擺錘舉至一定的高度H1,使其獲得一定的位能,此時(shí)擺錘與豎直方向夾角為α,釋放擺錘后,擺錘擺至終止位置,高度為H2,此時(shí)擺錘與豎直方向的夾角為β,擺錘的剩余能量為擺錘沖斷試樣失去的勢(shì)能,忽略空氣阻力等各種能量損失,沖斷試樣所消耗的能量(即沖擊吸收功)為W ,則W =mg(H1-H2)=mgl(cosβ-cosα),其中,m為擺錘質(zhì)量,kg;g為重力加速度,m/s2;l為擺桿長(zhǎng)度,m;沖擊吸收功的具體數(shù)值可以直接從試驗(yàn)機(jī)的表盤(pán)上讀出。

        1.2 試樣制備

        考慮到套管的周向和軸向承受載荷的不同,沖擊試驗(yàn)時(shí)分別在套管的縱向和橫向進(jìn)行了取樣,縱向試樣取樣位置如圖2所示,橫向試樣取樣位置如圖3所示。其尺寸大小為:縱向試樣全尺寸10mm×10mm×55mm,橫向試樣3/4尺寸7.5mm×10mm×55mm[2~5],見(jiàn)圖4和圖5。

        1.3 試驗(yàn)分組

        由于設(shè)備要求標(biāo)準(zhǔn)試樣沖擊厚度必須為10mm,所以該次試驗(yàn)分為2組來(lái)進(jìn)行,第1組為縱向試樣的徑向沖擊和切向沖擊對(duì)比試驗(yàn);第2組為縱向試樣和橫向試樣的沖擊對(duì)比試驗(yàn)。每組試驗(yàn)分別在常溫和-20℃條件下進(jìn)行,分組情況如表1和表2所示。

        圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

        圖2 縱向取樣

        圖3 橫向取樣

        圖4 縱向試樣尺寸

        圖5 橫向試樣尺寸

        表1 縱向試樣的徑向沖擊和切向沖擊

        表2 縱向試樣和橫向試樣沖擊

        1.4 沖擊試驗(yàn)要求

        沖擊試驗(yàn)方法按照 GB/T 229—2007標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)設(shè)備采用沖擊試驗(yàn)低溫槽,控溫范圍為-60~30℃。

        2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

        2.1 試驗(yàn)結(jié)果

        通過(guò)對(duì)縱向試樣的徑向和切向沖擊對(duì)比試驗(yàn),以及縱向試樣和橫向試樣沖擊對(duì)比試驗(yàn),得到了各試驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)(表3、4)。

        表3 縱向試樣的徑向和切向沖擊對(duì)比試驗(yàn)

        表4 縱向和橫向試樣沖擊對(duì)比試驗(yàn)

        2.2 數(shù)據(jù)分析

        圖6 斷口形貌

        3 結(jié)論

        通過(guò)設(shè)計(jì)2組對(duì)比試驗(yàn)對(duì)N80斷裂套管材料的沖擊性能進(jìn)行了研究,由于套管在各個(gè)方向上的承載能力各不相同,因此在套管的橫向和縱向分別取樣,并在常溫和-20℃的條件下進(jìn)行了縱向試樣的切向和徑向沖擊對(duì)比試驗(yàn)以及縱向試樣和橫向試樣的沖擊對(duì)比試驗(yàn)。通過(guò)分析得到的相關(guān)數(shù)據(jù),有如下結(jié)論:

        1)比較2種溫度下的沖擊吸收功可知,材料的抗沖擊能力會(huì)隨溫度的變化而變化。

        2)在相同條件下,套管在縱向上的抗沖擊能力比橫向的抗沖擊能力強(qiáng)。

        3)通過(guò)觀察試樣的斷口,其斷口較為整齊,因此可認(rèn)為套管材質(zhì)均勻。

        [1]鄒喜洋 .N80-1套管失效分析 [J].軋鋼,2007,24(4):19~22.

        [2]王濱.ASTM金屬材料夏比V型缺口沖擊試驗(yàn)方法介紹 [J].理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè)),2004,40(7):367~371.

        [3]丁氐,馮定,梅超,等 .套管強(qiáng)度腐蝕影響的數(shù)值模擬研究 [J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版),2013,10(2):74~75.

        [4]張露,王建剛,王丹,等 .溫度沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的介紹和分析 [J].環(huán)境技術(shù),2008,26(5):46~51.

        [5]張廣成,何禎,劉良威,等 .夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料低速?zèng)_擊試驗(yàn)與分析 [J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),2012,29(4):170~177.

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