基于气-固两相流喷嘴实验的20G钢冲蚀机理研究

目的由天然气管道内壁减薄及穿孔导致的天然气泄漏事故频繁发生,输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题。针对这一问题需要明确输气管道材料的冲蚀行为及机理,为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供有效支撑。方法基于ASTM-G76测试标准,采取气-固喷嘴冲蚀试验研究方法,利用空气射流冲蚀实验机,开展不同冲击角度和冲击速度下天然气管道材料20G钢的气-固冲蚀实验;采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等设备分析试样表面冲蚀形貌及特征;采用Ahlert冲蚀模型对实验数据进行拟合,建立20G钢的冲蚀率方程。结果当冲击速度(15~72 m/s)增大时,冲蚀率随之增大。当冲击角度(15°~90°)增加时,冲蚀率随之减小。冲蚀面积随着冲击角度的增加而减小。在低冲击角度下(15°、30°),固相颗粒的“犁削”为主要冲蚀及材料移除机制。在中等冲击角度下(45°、60°),冲蚀机制呈现混合形式,犁削、压实与开裂共同作用于材料表面。在高冲击角度下(75°、90°),以压实和开裂为主要冲蚀及材料移除机制。结论在气固两相流作用下,20G钢的冲蚀磨损过程符合典型的塑性材料冲蚀规律。颗粒冲击速度不会直接影响冲蚀机制,颗粒冲击能量的变化是影响冲蚀率的主要因素。建立了适用于天然气管道材料抗冲蚀性能对比和CFD冲蚀模型的冲蚀速率方程。

N,N'-亚甲基双丙烯酰胺与OP-10对Q235钢在1 mol/L HCl中的缓蚀作用

针对在酸洗工况下金属的腐蚀问题,为解决单一缓蚀剂的成本高、效率低的问题,在N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NN)的最佳缓蚀浓度基础上将其与OP-10复配(N&P),采取失重实验、电化学实验、表面分析和理论模拟的方法,研究了NN和N&P缓蚀剂对Q235钢在1.0 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能。结果表明:在30℃条件下,NN的交流阻抗谱、动电位极化曲线和失重实验所得的最佳缓蚀率分别为73.32%、85.57%、77.46%,而将NN与OP-10复配后的缓蚀效率分别提升至92.34%、96.26%、90.14%。量子化学表明:N&P吸附位点主要为OP-10分子中的大Π键和C-O键以及NN分子中的C=O键、C=C键、C-N键,具有较好的协同效应。

基于全尺寸实物试验的90°弯管气-固冲蚀模拟研究

为保障管道安全运行,针对输气管道中90°弯管冲蚀破坏问题,构建全尺寸弯管气-固冲蚀试验装置,开展全尺寸弯管在气-固两相流作用下的冲蚀试验,并优选得到最佳冲蚀模型。采用ANSYS软件及有限元方法,建立基于最佳冲蚀模型及实测数据的90°弯管气-固冲蚀模型,开展不同气体流速、颗粒粒径、颗粒质量流量和弯径比下的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)冲蚀模拟试验,分析气体流速、颗粒粒径、颗粒质量流量和弯径比对90°弯管冲蚀行为的影响规律。结果显示:最大冲蚀速率与气体流速和颗粒质量流量正相关;颗粒粒径存在临界粒径,随着颗粒粒径的增加,最大冲蚀速率先增大后减小最后趋于平缓。弯径比与最大冲蚀速率负相关,且会改变最大冲蚀位置,即随着弯径比增加,最大冲蚀位置逐渐向弯管入口处偏移。通过灰色关联度可得出影响程度由大到小依次为气体流速、弯径比、颗粒质量流量和颗粒粒径。

液压传动控制系统在油气装备行业中的应用探索

我国是生产大国,生产的产品在早年间就已经远销海外,这些产品不仅仅包括最基本的生活用品,同时还包括生产的机械。生产型企业在我国的经济体制当中一直都占据着重要的地位,随着现代化科学技术的不断提升,生产型企业当中的许多设备都得到了更新,其中液压传动控制系统在机械设计制造当中发挥着重要的作用,直接决定了生产效率以及最后的机械质量。近年来我国的科学技术水平也在不断提高,液压传动装置也在根据时代的变化和需求进行改进,在机械设计制造当中发挥了更大的效用。本文将简述公司的基本状况,对液压传动控制系统进行简述,同时介绍液压传动控制系统在机械设计制造当中的应用。

高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

目的随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验法,使用空气射流冲蚀试验机,开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验,并利用三维显微镜、扫描电镜(SEM)等设备,对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果冲蚀速率随冲击角(15°~90°)增加而减小,随颗粒冲击速度(107~149 m/s)增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小,几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小(在60°冲击角附近最大),随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响,不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角(15°、30°)下以犁削机制为主,在中等冲击角(45°)下以犁削、压实与开裂的混合机制为主,在高冲击角(60°、90°)下则以压实与开裂机制为主。结论高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率,颗粒冲击速度通过颗粒冲击能量影响冲蚀速率;建立了30CrMo钢的冲蚀速率方程,可直接用于材料抗冲蚀性能的横向对比或冲蚀CFD模型建立及仿真模拟;提升材料耐冲蚀性能及降低磨料质量分布密度可以减小冲蚀深度。

CCUS地质封存下水泥环密封完整性失效机理及控制措施

CO_(2)封存过程中,水泥环作为套管-水泥环-地层组合体中最薄弱的环节,在压力变化尤其是交变压力的作用下,水泥环密封完整性失效的风险极大,其完整性失效容易导致CO_(2)从环空中泄露至地表,严重影响CO_(2)的封存。基于已建立的水泥环组合体弹塑性模型,利用MATLAB进行模拟分析,研究全井段水泥环密封完整性失效机理以及相应的控制措施。结果表明:水泥环密封完整性失效主要与水泥环进入塑性产生的塑性应变累积有关,并且无论是在浅层段还是深层段,只要水泥环进入塑性,在多次交变压力的作用下,就有产生“界面应力反转”的风险,导致水泥环密封完整性的失效。要想避免水泥环密封完整性的失效,应首先避免水泥环进入塑性状态,即提高水泥环屈服内压;浅层段,低弹性模量的水泥环可增加水泥环屈服内压;深层段,在水泥环泊松比“临界点”之上,降低水泥环弹性模量可有效提高水泥环屈服内压,在水泥环泊松比“临界点”之下,增加水泥环弹性模量可提高水泥环屈服内压。当由于套管压力过大,水泥环不得不进入塑性状态时,低弹性模量和高泊松比的水泥环可以降低卸载后的水泥环残余应力,延缓“界面应力反转”现象的发生。

封堵井水泥石在CO_(2)湿相环境下的腐蚀规律研究

为探讨不同湿相环境对油井水泥石在CO_(2)埋存条件下腐蚀的影响机理和规律,采用了试样表观分析、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和物理分析等方法,测定了两种不同配比的水泥石在超临界CO_(2)气相和液相环境下的表观特征、腐蚀深度、抗压强度、渗透性、微观形貌等变化,并对比分析了气相CO_(2)和液相CO_(2)两种暴露条件下对水泥石腐蚀过程的影响。结果发现,水泥石在腐蚀过程中由外向内出现了淋滤脱钙层、碳化层、氢氧化钙溶解层和未腐蚀层等4个区域;两种水泥石在处于超临界CO_(2)的两相状态下,随着暴露时间的延长,其抗压强度显著下降,腐蚀深度、渗透率、孔隙结构都有不同程度的增加,且在液相CO_(2)环境下水泥石试样腐蚀更为严重;液相CO_(2)环境下高矿化度地层水的协同作用会增加CaCO_(3)的溶解度,增强浸出效果,加剧了CO_(2)对水泥的侵蚀。从而揭示了湿相环境对油井水泥石在二氧化碳埋存条件下耐久性能影响机理和规律,并为油井水泥腐蚀提供了参考依据。

套铣铣鞋结构设计优化方法

现有套铣技术中套铣鞋结构设计对如何影响套铣作业,提高套铣效率考虑较少。文章根据流体力学和套铣鞋结构特点,在考虑固液界面拖曳力的基础上,建立了套铣管柱所受水力以及套铣鞋切削效率的计算数学模型,研究了切削齿数量和导流槽圆心角对套铣管柱所受水力及套铣鞋切削效率的影响,并给出了实例计算。研究表明:随切削齿数量和导流槽圆心角的增加,长城齿和波浪齿套铣管柱所受水力变化不同;导流槽圆心角一定,当切削齿数量小于等于6时,长城齿套铣管柱所受水力较小,受托压影响亦小,但此时长城齿套铣鞋切削效率小于波浪齿,当切削齿数量大于6时反之。建议在套铣作业时,合理选择套铣鞋结构设计,缓解管柱托压现象的同时提高作业效率。

注CO_(2)驱油井管腐蚀性能及其优选研究

不同油井管对CO_(2)腐蚀造成的影响各不相同,为了优选出耐CO_(2)腐蚀性能最好的材料,需要探究不同条件下常规油井管材料的腐蚀情况。为此,以克拉玛依油田九;区CO_(2)复合驱注采井为研究对象,模拟油井管的实际服役工况,对N80、3Cr、镀钨隔热管和P110油管材料进行腐蚀失重试验。采用三电极体系进行动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)的测试,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)观察腐蚀产物微观形貌。结果表明:随着温度的增加,4种材料的腐蚀速率先增加后减小;随着压力的增加,4种套管钢的腐蚀速率都增加;镀钨隔热管和3Cr的腐蚀速率明显小于N80和P110的。从腐蚀形貌看,4种套管钢都发生了不同程度的腐蚀。N80和P110表面发生了严重的腐蚀;镀钨隔热管和3Cr表面发生了轻微腐蚀。据此得到了4种油井管在CO_(2)驱环境下的腐蚀规律,提出了CO_(2)驱环境下油井管设计和选用建议,可优选出耐CO_(2)腐蚀性能最好的材料。

气井柱塞排水采气措施产量预测方法的研究及应用

柱塞举升排水采气是出水气井常用的一种间歇式排水采气方式,井底生产流压随柱塞的不同运行状态而改变。因此,地层产气量在一个柱塞排水采气周期内也是变化的,导致准确计算、预测与优化设计难。基于柱塞举升排水采气套压变化规律特点,推导出周期内平均流压计算与柱塞排水采气措施产量预测方法,并在塔里木柯克亚气田选择了4口井进行柱塞举升排水采气措施产量预测验证,实际产气量与该方法预测产气量总体误差均在9%以内,表明文中所提供的产量预测方法可行,从而为柱塞排水采气措施选井及优化设计提供了产量预测依据。

裸眼井中膨胀管外壁胶筒的井眼适应性分析

为了更加合理地对裸眼井膨胀管外壁定型胶筒井眼尺寸进行选择,建立了膨胀管、胶筒、井眼和膨胀锥三维有限元模型并对其膨胀过程进行非线性有限元分析。通过对直径为194 mm的膨胀管在不同井眼下的膨胀过程进行分析后发现:随着井眼直径的减小,胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力逐渐增大,井眼直径为218 mm时胶筒前端和末端橡胶体积变化显著,造成该处的密封性能下降。因此,采用的定型胶筒应避免在直径小于218 mm的井眼中使用。在胶筒稳定膨胀阶段,226 mm和230 mm的井眼胶筒所需膨胀力相差不大,波动幅值平稳。同一井眼中,最先膨胀的胶筒压缩率、接触压力及所需膨胀力都高于后膨胀的两个胶筒,但是随井眼直径的增大,三个胶筒的压缩率、接触压力以及所需膨胀力不再受膨胀的先后顺序影响。此外,随着井眼直径的增大,胀后胶筒处的膨胀管残余应力逐渐减小。同时膨胀管内外壁残余应力的波动逐渐减弱,大小趋于相等。可见研究结果为裸眼井中膨胀管外壁胶筒的选型以及膨胀管的井眼适应性提供了理论基础。

常压页岩气水平井低成本高密度缝网压裂技术研究

随着能源需求量的不断增加,页岩气作为一种新型的非常规天然气资源,越来越受到关注。现阶段我国高压页岩气藏已成功实现了商业开发,但是深层页岩及常压页岩的高效开发技术仍处在探索阶段。我国的常压页岩储层主要位于盆外残留向斜,构造变形程度较强,地层压力系数为0.9~1.3,埋深普遍较浅,地层能量不足,单井压后日产量为(1~5)×10^4m^3,至今未形成商业突破。高压页岩气藏的压裂工艺措施在常压页岩改造过程中收效甚微,基于常压页岩气井改造中的难题,从射孔方式、人工裂缝控制及支撑技术、现场施工工艺及压裂材料等多方面进行优化,研究探索了配套的高密度缝网压裂工艺方案,初步实现了多簇裂缝均衡延展及多尺度人工裂缝网络。该方案在渝东南某页岩气区块一口常压页岩气井中进行了试验,压后取得了良好的改造效果。

CO_(2)溶解度测试及其对N80钢的腐蚀规律研究

为弄清CO_(2)驱油过程中其溶解度对油套管钢腐蚀的影响,利用实验室自行研制的CO_(2)溶解度测试装置,得到了模拟工况下试验压力为3~25 MPa、试验温度为30~90℃的CO_(2)溶解度数据,其CO_(2)溶解度范围为0.244 1~1.189 5 mol/kg,由此得出了压力和温度对CO_(2)溶解度的影响规律。采用N80钢在模拟某油井水样中进行不同温度、压力和溶解度条件下的高温高压釜腐蚀失重测试,得出了CO_(2)溶解度对N80钢腐蚀规律。结果表明:一方面CO_(2)溶解度的提高会导致溶液中溶解的H_(2)CO_(3)浓度增大,从而使碳酸中分解的H^(+)和CO_(3)^(2-)浓度升高,进而加速碳钢的阴极腐蚀的化学进程,增大其腐蚀速率;另一方面,CO_(2)溶解度的提高会导致腐蚀产物膜致密性增加,阻碍腐蚀介质的通过,因此会导致某些情况下腐蚀速率降低。

储气库注采管柱轴向振动相似模拟试验研究

在储气库交替大排量注采的特殊工况下,管柱振动会加速管柱的疲劳破坏、接头磨损、螺纹松动和井筒完整性等问题。为了获得储气库注采管柱的振动特性,基于结构相似理论设计并建设完成了储气库注采管柱振动模拟试验系统,并利用模型试验分析了油管柱在不同管径、和生产气量下的振动规律。试验结果表明,随着气量的增加,管柱轴向和横向振动加速度增加,管柱振动加剧;瞬时开关阀门引起的水锤效应,可使管柱的瞬时轴向振动加速度达到气量稳定阶段的5～15倍;管柱直径越小,管柱重量越轻,在相同气量或压力波动下,会产生更加严重的振动。

大容量气井泡排棒自动投放装置及其应用

针对气井固体泡排棒自动投放装置储药容量小、井口加药周期短的问题,研发了一种具有远程控制功能的大容量自动投棒装置,延长人工井口加药周期,降低实施成本。室内试验和在苏X区块苏X-1和苏X-2两口井开展泡排棒自动投放装置现场应用表明,该装置操作简单、实施费用低、性能稳定可靠,实现了延长加药周期,定时定量自动投放,不仅满足了气井远程控制及数字化管理的需要,而且取得了明显的増产效果,仅苏X-1井开展泡排棒自动投放装置,平均产气量由试验、应用前的0.62×10^4m^3/d,增加到试验、应用期间的0.81×10^4m^3/d。

核电站用高磅级阀体铸件的全体积射线检测

针对传统胶片射线检测技术对结构复杂、壁厚大的高磅级核电阀体难以进行全体积检测的问题,以典型产品直径为6 inch(1 inch=25.4 mm),承载质量为1 500 lb(1 lb=0.45 kg)的止回阀为例,分别从检测区域的划分和标识,双胶片技术、厚度补偿块技术和预曝光技术的应用等方面优化了检测工艺,优化后的工艺能达到规范要求的全体积检测的目的,可为同行提供参考。

石油机械设备管理与维护研究

石油对于每个国家的生存和发展来说都具有重要的战略意义。石油是一种不可再生的宝贵资源。随着石油资源的开采,对于开采技术和开采设备的要求也越来越高。然而石油机械设备对于石油工程的顺利进行具有重要意义。但工作人员对于石油机械设备的管理与维护缺乏重视,造成了在石油机械设备方面还存在很大的问题。

新型高效咪唑希夫碱缓蚀剂对Q235钢在1 mol/L HCl溶液中的缓蚀作用

以油酸、二乙烯三胺、碘代正丁烷和肉桂醛等为原料,在不同温度下进行酰胺化、脱水环化、季铵化等过程设计合成一种适用于酸洗工况的咪唑希夫碱(MIX)缓蚀剂,通过失重实验、电化学实验、理论模拟和表面分析等方法系统的探究了MIX在1.00 mol/L HCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能及其缓蚀机理。结果表明:在浓度为2.00 mmol/L时,采用失重实验,电化学阻抗(EIS),动电位极化(Tafel)测得的缓蚀效率分别为98.64%,96.93%和99.15%,表明MIX在HCl环境中能够发挥优异的缓蚀性能。电化学实验和等温吸附模型表明,MIX是一种阴极型缓蚀剂,能够自发吸附在Q235钢表面,且遵循Langmuir吸附等温模型。MIX能够在Q235钢表面形成稳定的保护膜,进一步阻碍了腐蚀体系内电荷转移速率。XPS,EDS和FT-IR分析证实了MIX分子能够吸附在Q235钢表面,密度泛函理论(DFT)说明MIX的活性位点为苯基,咪唑环上的N原子,分子动力学(MD)进一步证实了MIX能够吸附在Q235钢表面。MIX在HCl环境中能够发挥优异的缓蚀性能,主要在于Q235钢表面形成了稳定的保护膜,降低了腐蚀体系内电荷转移速率。