高压管汇冲蚀磨损磁记忆检测试验研究

鉴于现有高压管汇检测手段在评价管汇损伤程度方面的局限性,提出了基于金属磁记忆方法的高压管汇损伤检测评价方法。利用实验室自主研发的高压管汇冲蚀磨损试验机及磁记忆在线检测装置,开展了高压管汇材料30CrMo的冲蚀磨损磁记忆在线检测试验研究。采集信号经滤波处理后,二维重构冲蚀扫描区域的磁场梯度信号云图,观测云图可清晰地发现,在云图中心位置出现亮斑,并随着冲蚀时间的延长,亮斑面积逐渐增大,这与试样表面冲蚀坑大小的变化相符,说明磁记忆检测技术能够较好地识别高压管汇材料的冲蚀磨损状态,为进一步评价高压管汇的冲蚀损伤程度提供依据。     

高压管汇动载冲蚀过程磁记忆检测定量研究

针对页岩气开采压裂作业中恶劣工况下极易产生冲蚀损伤的高压管汇在线检测问题,采用自主研发的可施加动载拉伸应力的冲蚀磨损试验机进行了室内固液两相流冲蚀试验,并基于磁记忆检测技术,对常用高压管汇材料35CrMo冲蚀过程进行了在线检测。研究结果表明：在颗粒冲蚀磨损和脉动拉伸疲劳的耦合作用下,试样冲蚀区域出现静载作用下未观察到的宏观裂纹;试样受动载作用时的冲蚀破坏比静载作用时的冲蚀破坏更为严重,冲蚀过程中冲蚀坑深度和磨损量都显著大于静载作用时相应数值;对冲蚀过程中的磁记忆信号进行降噪和梯度处理,信号梯度峰值与冲蚀坑深度呈正线性相关,信号梯度积分值与冲蚀磨损量也呈正线性相关。所得结论可为压裂现场恶劣工况下的高压管汇在线检测提供参考。     

页岩气开发用高压管汇损伤机理及检测技术

对高压管汇在复杂工况下的损伤机理进行深入认识是开发高压管汇以及评估其使用安全性的重要基础。结合理论分析与试验研究探讨了高压管汇损伤机理,指出现有冲蚀理论在揭示高压管汇冲蚀行为方面存在的不足;通过检测试验,分析了磁记忆检测方法对于检测评价高压管汇安全性的意义;面向页岩气开发生产需要,提出了高压管汇损伤机理及检测评价技术的研究方向,即开发可在线、定量与定性评价的高压管汇损伤状况检测评价系统。     

高压管汇件螺纹部位的超声相控阵检测应用研究

基于超声相控阵检测技术,以齿根部位预制刻槽缺陷的高压管汇件为研究对象,通过试验的方式验
证了超声相控阵检测技术对于高压管汇件螺纹部位缺陷检测的可行性。通过结构分析和试验的方式证明常规无
损检测方法无法满足高压管汇件螺纹的检测需要。研究证明了超声相控阵检测技术的优势,为高压管汇件螺纹部
位缺陷的超声相控阵检测技术工程应用奠定了基础。     

腐蚀缺陷对高压管汇剩余强度的影响分析

对含缺陷的高压管汇进行剩余强度分析很有必要。借助ANSYS有限元分析软件,针对高压管汇常见的内腐蚀缺陷类型,建立矩形均匀腐蚀和球形凹坑腐蚀模型,分析缺陷类型以及形状参数对高压管汇剩余强度的影响。建模时在腐蚀高压直管模型的轴向及环向对称面上加对称约束,为了防止模型产生刚体位移,在纵向对称面外侧加径向方向约束。分析结果认为,缺陷长度和深度对高压直管所受应力的影响较大,宽度对应力的影响较小;凹坑群沿轴向分布时,随缺陷中心距离的增大,缺陷处应力集中程度有减小的趋势。     

高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测数值分析

压裂作业中长周期运行的高压管汇在恶劣工况下极易产生冲蚀损伤,高压管汇的在线检测对保障安全生产尤为重要。为此,针对高压管汇冲蚀缺陷,基于脉冲涡流检测技术,采用Maxwell软件对高压管汇下表面缺陷检测模型进行数值模拟,分析磁感应强度矢量法向和切向分量,探究冲蚀缺陷脉冲涡流检测规律。研究结果表明：一定条件下,脉冲涡流检测高压管汇冲蚀缺陷时,激励电流为1.5 A,激励频率为500 Hz,线圈内径为10 mm时具有较高灵敏度;对于不同角度冲蚀缺陷,可根据差分信号梯度云图中的亮斑形状获得缺陷形状信息;法向检测信号差值与缺陷半径和缺陷深度呈三次多项式关系;线圈中设置铁芯可增加检测信号幅值,一定范围内,铁芯半径对检测效果影响较小。所得结论可为高压管汇冲蚀缺陷脉冲涡流检测装置的研制提供参考。     

基于CFD技术的高压管汇系统布局优化设计

为了减少由流通性能和流量分配等问题产生的高压管汇窜动、振动和开裂等问题,基于计算流体动力学技术,在考虑管道边界层效应的情况下,以时均N-S方程为基本控制方程,采用可实现κ-ε双方程湍流模型,对不同排出口位置、联通管汇位置和排出口三通结构的井工厂高压管汇系统进行了三维全流场数值仿真研究。仿真结果表明,随着高压管汇的入口增加,主管内部平均流速向排出口方向逐渐增加,且在每个入口处均有速度峰值;主管汇流量从排出口有效面积较小的管汇向排出口有效面积较大的管汇串流,串流方向与主管汇流量大小无关;y形三通的排出口流量比约为1.5∶1.0,不能起到流量均分作用,且容易引起锐角冲蚀,从安全性考虑,应优先考虑T形三通。研究结果可为高压管汇系统的安全使用提供参考。     

高压管汇冲蚀磨损规律研究

针对高压管汇在压裂作业时内壁受冲蚀作用导致磨损破裂失效的问题,基于固液两相流和冲蚀磨损理论,利用FLUENT软件研究了高压管汇内壁的冲蚀磨损率和冲蚀离散量分布规律,分析了高压管汇的弯管段曲率半径、弯曲度和管汇内壁直径对管汇冲蚀磨损规律。研究结果表明:高压管汇的弯管出口处发生冲蚀磨损最严重,离散量集中分布在弯管处至直管出口处,而在直管段冲蚀磨损率很小;随着管汇的内壁直径、弯管曲率半径和弯管段弯曲度的增大,管汇的最大冲蚀磨损率和平均冲蚀磨损率减小;随着进口流速的增加,管汇的最大冲蚀磨损率和平均冲蚀磨损率增大。研究结果可为高压管汇的失效、预防以及安全防护提供参考依据。     

高压管汇活动弯头的接触分析及结构改进

活动弯头在油田现场使用过程中,接头处的滚珠轴承出现点蚀及明显的压痕,影响其正常使用。为分析其破坏的内在原因,先试验得出材料在室温压缩下的应力应变数据,然后对现有3类活动弯头的滚珠轴承进行弹塑性有限元接触分析,测出其内圈滚道接触应力的分布,对比得出相对优良的结构。分析结果表明:三台阶活动弯头的结构相对合理,但存在3列滚道应力分配不均匀现象。根据分析结果及实际情况,对现有的结构进行改进设计,提出一种新型活动弯头结构,并对其进行有限元接触分析。分析结果显示,改进后的结构不仅整体应力水平降低,三列滚道的应力分配也更加均匀。研究结果对活动弯头的结构改进及现场应用具有一定的指导意义。     

压裂工况下高压管汇的振动特性分析

压裂车泵头体里面的柱塞泵以及连杆会产生较大振动,与泵头体相接的高压管汇在工作时会产生共振等危险。对于高压管汇流固耦合分析和改进安装约束方式综合考量的研究鲜有涉及,且在固有频率附近的响应情形尚不明确。为此,基于空挡位和单向流固耦合的模态分析方法,对比分析高压管汇的固有频率和振型,并对工况丁进行谐响应分析,揭示了改进约束方式对提高固有频率的影响规律。研究结果表明：无论是否增加固定约束,在流固耦合模态下比在空模态下的固有频率均要高2%～6%;改进约束方式后管汇的前3阶固有频率是改进前的2～3倍;管汇在改进前主要在中间直管段的上下、前后弯曲摆动,改进后变为上下、左右摆动,且管汇振动主要集中在中间直管段;在X方向上的位移、加速度、应力和应变谐响应峰值均比在Y和Z方向上的要高。研究结果可为高压管汇的设计以及增加固定约束的方式提供理论依据。     

往复式高压注水泵泵头复合强化工艺

决定往复式高压注水泵工作可靠性的关键因素是泵头（阀箱）的工作寿命。运用断裂力学、金属学、疲劳损伤、金属强化、有限元分析和机械制造工艺等理论和方法，提出了泵头复合强化工艺，即首先对泵头内腔表面实施薄壳硬化自增强处理，使该内表面具有压应力场；随后对此内表面进行强力喷丸，使之最终获得最佳残余压应力场，从而大大提高泵头的疲劳断裂抗力和应力腐蚀（含氢脆）断裂抗力。研究表明，由强力喷丸引入薄壳硬化层的残余压应力场和塑变引起的γ－α相变，是提高泵头疲劳强度的两个重要因素。     

螺旋缝埋弧焊弯管残余应力及使用安全性研究

为探明感应加热控轧钢螺旋缝埋弧焊管弯制后残余应力对使用安全性的影响 ,采用机械切割应力释放法 ,选取外径为 711mm、壁厚为 9 5mm的X60钢级的直管、弯管和热处理后弯管 ,进行内外表面残余应力的测试和力学性能试验。结果表明 ,感应加热控轧钢推制弯管的残余应力较直管明显增加 ,经回火热处理后 ,虽然残余应力状态得到明显改善 ,但强度指标进一步降低。还采用失效评定图技术和PREFIS软件分析了弯管热处理前后的使用安全性 ,指出残余应力对弯管的脆断倾向有较大的影响。据此建议对弯管的推制工艺和热处理去应力工艺展开研究 ,以尽量减小弯制和热处理中引入的残余应力并保持较高强度     

安全阀临界压力比研究

提出了一种由喷管临界压力比确定安全阀临界压力比的计算公式。试验结果证明,安全阀临界压力比主要受喷管临界压力比和阀瓣流阻系数的影响,而且由于阀瓣流阻系数过大,使得安全阀一般处于亚临界流动状态     

高压深井压裂液加重技术研究进展

随着世界石油工业形势的日趋严峻，各类高压、超深或致密油气藏亟待改造，由于完井装备和地面设备的限制，这些储层的压裂措施受到挑战。常规压裂液的密度较低，施工时井口压力较高，无法保证施工安全和措施效果，甚至利用目前的技术与装备根本无法进行施工作业。为了解决以上难题，提出了加重液体的思路，即通过采用盐类加重压裂液的方式使液柱压力增加，从而降低井口施工压力。目前国内外油田已开发了4种性能良好的高密度压裂液体系，密度可调且耐温范围广，降压幅度普遍在20％以上，甚至可以达到39％，现场应用取得了成功．     

冀中探区随钻地层压力检测技术方法探讨

异常压力地层在华北探区有广泛分布,其复杂性和对钻井工程的危害性严重制约着钻井速度,威胁着钻井安全;传统的地层压力检测方法难以适应快速多变的钻井工艺和复杂工况,检测效果越来越差。为了解决上述难题,通过开展适用于现代钻井技术的随钻地层压力检测方法研究,总结出了“以地质研究为基础、以区域地球物理参数预测为先导、以欠压实地层检测为手段、以综合分析各相关参数变化趋势为依据”的随钻地层压力检测方法,简称“四步法”,并用大量的现场应用实例验证了此方法的有效性,在冀中探区的地层压力检测工作中收到了较好效果。     

含局部减薄缺陷管道的极限载荷与安全评定

运用正交实验设计和弹塑性有限元分析相结合的方法 ,对含局部减薄缺陷压力管道的极限载荷进行了研究 ,分析了局部减薄缺陷对管子极限载荷的影响因素。研究结果表明 ,缺陷的深度是管子极限载荷 (内压和弯矩 )的主要影响因素 ,而缺陷的周向长度和轴向长度分别对管子的极限内压和弯矩的影响较小。据此研究结果 ,提出了含局部减薄缺陷压力管道在内压和弯矩联合作用下的安全评定方法     

随钻地层压力录井技术在高温高压井中的应用

为了确保海上高温、高压井钻探成功,有必要利用随钻压力录井技术实时监测地层压力的变化。综合录井通常利用随钻工程参数并结合其他井况信息综合评价地层压力,其中主要是利用dc指数结合伊顿公式进行监测,而近年来利用随钻测井数据进行实时地层压力监测的方法也日趋成熟和完善,这两种方法均已经被应用于海上高温、高压井和深井的随钻地层压力监测。通过实例分析了海上高温、高压井随钻地层压力监测的发展过程。介绍了法国地质服务公司最新地层压力评价系统PreVue,并对其海上监测实例进行了分析介绍。阐述了目前地层压力录井所面临的一些难点,提出了初步的解决方法。     

深水高温钻井液体系研究

深水高温高压井作业面临气体水合物、高温、井漏等诸多问题,严重影响深水油气资源开发作业安全。为此室内构建和评价了一套深水高温高压钻井液体系,通过引入抗高温抗盐聚合物改善保障高温性能,通过引入纳微米封堵材料提高井壁封堵稳定性,通过使用水合物抑制剂来预防水合物的生成。该体系经评价抗高温达200℃、封堵承压性能好、模拟地层条件下无水合物生成,为海上深水高温高压井作业提供了钻井液技术支持。     

加油站埋地储罐的安全性评价

介绍利用国际上广泛采用的《道化学公司火灾,爆炸危险指数评价方法》对加油站中埋地的汽,柴油储罐的安全性进行评价。     

高压注水泵泵头体最佳超应变研究

针对高压与超高压注水泵系头体的最主要失效形式──疲劳破坏，从疲劳强度的观点出发，用确定最佳超应变度的等疲劳强度自增强设计原则，研究了高压注水泵泵头体的最佳超应变。并用弹塑性有限元法对高压注水泵泵头体的自增强过程进行了分析计算，确定了内外表面的危险点，求出了泵头体在不同自增强压力下的残余应力分布，获得了泵头体的最佳自增强处理压力与最佳超应变，为高压注水泵泵头体的自增强处理提供了理论依据。