超深井钻采工况下钛合金钻杆模拟工况摩擦磨损行为对比研究

钛合金材料由于具有高的比强度,低弹性模量,优异的韧性、疲劳性能和耐蚀性,已经成为深井、超深井及大位移水平井工况环境下钻杆及井下工具的热门候选材料,但超深井钻采工况下钛合金钻杆材料的摩擦磨损性能和磨损机理缺乏研究。本工作在模拟超深井工况通过硬度测试、冲击磨损试验、往复摩擦试验、模拟工况摩擦磨损试验和显微分析手段对3种钛合金钻杆和钢制钻杆的摩擦磨损性能进行对比分析,并对钻采工况下的钛合金钻杆磨损机制进行研究。结果表明,钛合金钻杆耐冲击磨损性能均要低于钢制钻杆材料,特别是在中等频率冲击下钛合金钻杆材料耐冲击磨损的性能最差;在空气中往复磨损试验下,钛合金钻杆的摩擦系数均低于钢钻杆的摩擦系数,当钛合金钻杆与岩石对磨时为典型的磨粒磨损机制、与钢管对磨时为典型的粘着磨损;在模拟工况钻井液条件下,钛合金钻杆的摩擦系数显著低于空气中,而且当钛合金在水基钻井液条件下和岩石摩擦时的摩擦系数最低、耐磨性能最强,这是由于在水基钻井液中更容易形成致密且具有较低摩擦系数的钝化膜所致,建议在使用钛合金钻杆钻井时用水基钻井液,但由于钛合金钻杆在工况下的磨损量仍然大于钢制钻杆,下一步研究应对钛合金钻杆进行表面处理以提高钛合金耐磨性。

输送工艺参数对密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性的影响

为了研究密相/超临界CO_(2)输送管道的止裂性能,以密相/超临界CO_(2)长输管道断裂控制为研究目标,针对实际工况,基于GERG-2008状态方程、BTC双曲线模型和X65管道,计算分析了燃烧后捕获、燃烧前捕获和富氧燃烧捕获三种捕获方式下CO_(2)气质组分、初始温度、初始压力、管径和设计系数等对压力温度(P-T)状态、减压波曲线、止裂韧性的影响。结果发现,杂质组分的增加以及提高初始温度、增大管径、增大设计系数会导致密相/超临界CO_(2)输送管道止裂韧性增加;而提高初始压力会导致密相/超临界CO_(2)输送管道止裂韧性降低;燃烧后捕获产生的CO_(2)混合物输送管道所需的止裂韧性最小,富氧燃烧捕获产生的CO_(2)混合物输送管道所需的止裂韧性最高。该结果可为CO_(2)管道设计和工程应用提供理论依据。

熔滴温度对大气等离子喷涂Ni基合金扁平粒子界面结合的影响

涂层内粒子层间的结合质量决定涂层的性能与服役效能,理解界面结合形成过程规律与机制,有利于发展增强界面结合的有效方法。本文采用NiCr-Mo粉末来提高熔滴温度,并在不同温度下沉积单个扁平粒子,研究了熔滴温度对界面结合的影响规律。采用FIB制样和TEM微观结构分析技术,对扁平粒子与基体间界面进行精细表征,并结合高温熔滴铺展过程的数值模拟,研究熔滴温度对扁平粒子与基体间界面结合的影响规律。结果表明,温度为2150℃的NiCr熔融粒子因温度低,铺展中无法分散基体表面氧化膜,而在界面形成由金属-氧化膜-金属呈三明治结构的化学结合,结合率较低,低于40%;温度为2650℃的NiCr-Mo熔滴在扁平化铺展中可引起中心区域的基体表面熔化,引发基体表面氧化膜分散化,从而使中心区域在界面处通过熔融金属融合形成冶金结合,在该区域以远的界面则通过氧化膜形成化学结合,界面结合率接近80%。模拟结果表明随着熔滴温度的增加,铺展中界面温度升高,超过熔点的界面区域增大,基于熔合的界面冶金结合率增加至约65%,但受到扁平粒子直径随温度增加的制约,冶金结合率难以进一步大幅度提升。因此,为了通过热喷涂沉积金属粒子间完全结合的涂层,需要发展除基于界面熔合形成冶金结合机制以外的其他结合形成机制。