热采井口装置材料30CrMo的拉伸及蠕变性能研究

针对油田热采井口装置服役寿命的评价问题,对其材料30CrMo进行了拉伸和蠕变性能研究。通过拉伸试验获得材料的常温和390℃下的力学性能;进行该材料在390℃、五个不同应力下的蠕变试验,并对试验数据进行Norton-Bailey方程拟合,得到了低应力区和高应力区蠕变本构方程;对原始试样和五个蠕变后的试样进行扫描电镜和透射电镜观察,发现材料长期处于390℃温度下,晶体内的碳元素扩散造成基体上析出物数量的增多及颗粒的增大,导致材料强度的下降;材料30CrMo在低应力区和高应力区的蠕变微观组织变化机理不同,低应力区以位错热攀移为主,高应力区以Orowan绕越方式为主。

热采井口装置螺栓的蠕变及应力松弛规律研究

针对热采井口装置用螺栓在现场工况下的应力松弛现象展开实验研究,分别进行了常、高温拉伸试验,蠕变实验和应力松弛试验。通过对比研究发现螺栓材料在高温下强度降低,塑性增加;在初始应力下蠕变变形明显,从原理上解释了螺栓松弛出现应力松弛的原因;通过应力松弛试验可以发现螺栓在现场工况下会产生明显的应力松弛,根据应力松弛实验数据拟合出现场工况下的应力松弛回归方程;利用有限元软件计算KR21-370型热采井口装置各法兰达到密封所需的最小螺栓预紧载荷,结合应力松弛回归方程计算出法兰由于螺栓的应力松弛而出现密封失效所需的时间,并针对易出现失效的螺栓提出解决措施。

热采井口装置在HPHT环境下材料选择

稠油热采领域使用的热采井口装置,其工作温度达到400℃,压力达到69MPa,虽然采取材料强度降级使用方式能够满足高温工况的要求,但是高温影响使得金属和非金属材料出现强度降低、疲劳断裂等现象,对使用带来极大的安全隐患。因此如何选择合适的材料显得尤为重要。

热采井口装置热蠕变失效分析

针对热采井口装置在蒸汽驱和蒸汽吞吐两种工况下的热蠕变失效情况,进行了其材料30CrMo在390℃,四个不同应力下的蠕变试验,对试验结果进行了拟合,获得了复合时间强化模型参数。用短期的试验进行了验证,复合时间强化模型的计算值与试验值之间的误差小于15%。运用Ansys Workbench模拟了热采井口装置主要承压件在恒温恒载工况和断续加载工况下的蠕变失效过程,得到主要承压件在两种工况下的失效时间,对热采井口装置的使用寿命评估具有重要的意义。