温度及氢化物对Zr-Sn-Nb合金焊缝疲劳裂纹扩展行为的影响研究

采用小尺寸三点弯曲试样完成了渗氢和未渗氢Zr-Sn-Nb合金母材和焊缝在室温和360 ℃下的疲劳裂纹扩展速率试验,研究了温度和氢化物对焊接薄板的疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,腐蚀吸氢后,在母材和焊缝区均析出了呈水平向分布的片状氢化物。相比母材区,焊缝区析出的氢化物更为致密。在相同温度下,未渗氢母材的抗疲劳裂纹扩展性能均优于未渗氢焊缝。腐蚀吸氢后,母材在相同温度下的抗疲劳裂纹扩展性能也优于焊缝。在室温下,腐蚀吸氢后的母材和焊缝的抗疲劳裂纹扩展性能相比吸氢前明显下降。360 ℃下,渗氢母材和焊缝中的氢化物部分溶解,使得其抗疲劳裂纹扩展性能得到一定程度提升。     

水平井含泥岩段旁通充填防砂工具研发与应用

秦皇岛32-6等油田普遍存在水平井含泥岩段充填防砂易坍塌而无法继续充填,最终导致充填效率不高的问题。采用双层旁通管架桥原理研发了一套适合215.9 mm水平裸眼井含泥岩段双层旁通充填防砂工具,该工具包含防砂管柱、上部旁通快接和下部旁通回插工具、等壁厚薄接箍盲管及井口快接工具。工具强度及充填防砂模拟分析与实验结果表明,对所研发的水平裸眼井含泥岩段双层旁通充填防砂工具具有优良的连接强度和抗冲蚀性能,可满足充填防砂作业需要。目前该工具已在QHD32-6-J15H1井充填防砂作业中取得成功应用,在含泥岩段出现局部坍塌的情况下成功实现有效井筒完全充填,具有较好的推广应用价值。     

一种注水井大通径分层防砂工艺管柱

越来越多的海上油田步入开发中后期，储层压力衰减严重，致使产量递减率大，严重影响油田开发效益。注水开发是补充地层能量保障油田稳产的最佳手段。针对海上油田出砂严重及大注入量需求问题，研究了一种适用于海上注水井的大通径分层防砂工艺管柱，通过管柱关键工具的优化设计，使得防砂管柱全通径由?120.65 mm提高至?152.4 mm；分层注水管柱中心管由?88.9 mm增大至?114.3 mm。该管柱可以提高单井的最大注水量，解决海上油田存在的井口压力受限导致注水量受限和无法满足油藏配注要求等问题，同时也利于后期的修井、弃井作业，为分层防砂工艺管柱设计提供参考。     

基于SENT试样获取材料断裂韧度的载荷分离法研究

单边裂纹拉伸(Single edged notched tension,SENT)试样因其低约束特性逐渐被用于管道材料的断裂韧度评定。根据有限元法,提出SENT试样的应力强度因子表达式,J积分计算中的增量塑性功算式以及塑性因子算式,并与文献中公式进行对比证实公式的精确性和有效性。依据ASTM用于CT试样获取断裂韧度载荷分离理论规则化方法提出适用于SENT试样的量纲一载荷分离法,并通过有限元计算证实SENT试样载荷分离的成立性。由量纲一载荷分离理论中的规则化方法完成了汽轮机低压转子材料30Cr2Ni4MoV、电站用P92管道钢以及5083-H112铝合金SENT试样断裂韧度值以及J阻力曲线测定,获得了各材料合理的J阻力曲线及条件断裂韧度JQ值。     

细分层系高效压裂充填防砂管柱

针对?244.5 mm套管完井作业中突出的调整层间分隔和薄油层精细分层等技术难题,设计了集旁通过流筛管、生产滑套于一体的外层防砂管柱,以及将充填转换总成预置于锚定密封总成的压裂充填防砂服务管柱,使充填时减少1层中心管的下入,满足低摩阻、大排量充填防砂和细分层系的需要。通过对管柱关键工具的分析以及施工参数的模拟,研究结果表明该管柱可安全下入最大拉伸载荷50 kN;冲管长度500 m且正循环压裂充填施工排量为6.48 m3/min时,最大压力58.3 MPa;反循环洗井施工排量为1.27 m3/min时,最大压力17.45 MPa,满足现场施工要求。该技术在渤海油田A井实施1次5层充填防砂作业,现场应用结果表明,细分层系高效压裂充填防砂管柱性能稳定可靠,比常规充填防砂施工作业节约3 d工时,并且实现免下分采管柱进行分层调控生产,节约作业时间近1 d,具有一定的推广应用价值。     

金属材料准静态断裂性能标准测试技术研究进展

准静态断裂性能是评价含裂纹结构完整性的重要力学参量,其测试规范的制修订可反映国家在国际断裂测试领域的技术水平。由于较复杂的断裂力学理论背景以及长期经费投入乏力,我国的断裂性能测试规范自主创新修订工作严重落后于国际水平。自2011年立项至今,历经3年的不懈研究,完成了新版国家断裂测试规范GB/T 21143-2014的修订,且在原规范的基础上取得了许多新进展。主要包括:对基于柔度原理的裂纹长度计算公式进行了简化,完善了原有J积分和CTOD计算式;推荐了考虑断裂试样大角度转动影响的旋转修正新方法;借鉴ASTM E1820-11规范,引入了改良后的单试样规则化法。为了更好地促进新规范的推广应用,本文就新规范修订中涉及的上述技术的研究进展进行详细综述。     

Zr-Sn-Nb薄片合金高温低周疲劳行为

采用Zr-Sn-Nb合金薄片漏斗试样,完成了室温和500℃高温下的低周疲劳试验,提出基于漏斗根部节点轴向应变的疲劳损伤等效假设。根据有限元分析,建立了Zr-Sn-Nb合金室温和高温下薄片漏斗试样测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。结合低周疲劳试验结果,建立了在室温和500℃高温条件下用于估算Zr-Sn-Nb合金疲劳寿命的Manson-Conffin模型。结果表明:Zr-Sn-Nb合金具有循环稳定性;高温严重影响了Zr-Sn-Nb合金低应变幅下的疲劳寿命,随着应变幅的增加,温度影响趋弱。     

C形环小试样疲劳裂纹扩展试验方法与应用

航空航天、核反应堆工程等重要工程结构的安全控制对材料断裂性能有重要需求,小尺寸试样断裂韧性测试需求日益凸显。该文提出了一套用于小尺寸构件疲劳裂纹扩展速率测试的C形环小试样试验方法,设计了试样构形和试验夹具,并基于有限元分析和柔度法理论,建立了C形环小试样裂纹长度预测公式和应力强度因子K的表达式。对于低压转子材料26NiCrMoV11-5钢,采用C形环小试样和标准CT试样完成了疲劳裂纹扩展试验,获得了材料的疲劳裂纹扩展特性,并讨论了新方法的有效性。     

用于延性断裂韧性测试的载荷分离方法与应用

使用载荷分离理论的延性断裂韧性单试样方法,选取汽轮机转子钢Cr2Ni2MoV对规则化法和S_Pb分离参数法进行了研究.结果表明,在规则化法中,钝化修正时的钝化线方程仅对裂纹扩展较小时的J阻力曲线产生影响.提出了改进S_Pb分离参数法,消除了参考钝裂纹试样的影响;同时采用钝化修正后的初始裂纹长度和试验终止裂纹长度进行标定,可获得合理的裂纹长度预测结果.由改进S_Pb分离参数法得到J阻力曲线在较小裂纹扩展范围内均略高于由规则化法得到的J阻力曲线,而当裂纹产生扩展较大时,两种方法得到的J阻力曲线几乎完全重合;由规则化法得到的条件启裂J积分J_Q值偏于保守.     

CRO试样的疲劳裂纹扩展行为试验方法研究

考虑到如紧凑拉伸和三点弯曲等标准试样的大尺寸要求以及高试验成本等突出问题,该文发展了含外侧径向裂纹C形环小试样（C-ring with an outer radial crack,CRO）的疲劳裂纹扩展行为试验方法。利用有限元分析建立了CRO小试样的高精度应力强度因子算式以及基于柔度法理论的裂纹长度预测公式。采用5083-H112铝合金分别完成了CRO试样和标准CT试样的疲劳裂纹扩展速率试验,获得了相应的Paris方程中的幂指数。通过对比发现,CRO和CT试样的疲劳裂纹扩展规律基本一致,验证了新方法的有效性。基于上述方法对C250钢两种厚度CRO试样的疲劳裂纹扩展行为进行了应用研究。