论文部分内容阅读
等井径膨胀套管钻井技术能够优化井身结构,既能解决深井中复杂地层钻进以及井眼变径等问题,又能大量节约钻井成本。为此,本文根据膨胀管钻井技术的特点,通过对管体材料的力学性能优选研究,并对其材料力学行为进行微观解释,寻找到适合进行等井径钻井作业的管材,为等井径膨胀管材料开发提供参考。本文从目前油田常用膨胀管材中选出J55钢级ERW管、奥氏体不锈钢管不同规格的管材试样以及北京科技大学新研发的TRIP膨胀管试样,从成分和工艺角度分析其膨胀性能,通过1000 kN微机控制电子万能试验机上进行室温拉伸实验,测试其膨胀前后的性能差异。采用金相显微镜、Zeiss Ultra-55扫描电镜、Oxford-EBSD和显微硬度仪,对三种不同材料进行显微分析,并从材料学角度解释产生性能差异的原因。利用ansys软件模拟膨胀过程,采用Φ140×7.00 mm的TRIP钢管进行膨胀幅度为12%的有限元模拟,并与TRIP钢管的现场实验结果对比。研究结果表明,奥氏体不锈钢管膨胀前具有较低的屈服强度,25%膨胀后达到较高的抗拉强度,且延伸率大,组织为较为粗大的奥氏体晶粒,同时伴有形变孪晶;TRIP钢管膨胀前屈服强度与奥氏体不锈钢接近,但进行10%的膨胀后屈服强度和抗拉强度升高较为明显,韧性与奥氏体不锈钢相差较大,其多相组织为铁素体+残余奥氏体+未回火马氏体,随着膨胀过程的深入,其独特的TRIP效应使得残余奥氏体发生转变形成形变马氏体;J55ERW钢管膨胀前屈服强度较高,韧性相对较差,进行10%膨胀后强度和韧性表现都发生较为明显的下降,其金相组织为铁素体+珠光体的混合组织,具有明显的带状结构。膨胀前J55ERW管、TRIP钢管和奥氏体不锈钢管的加工硬化指数依次增大,其中J55ERW管的加工硬化原理主要为晶粒细化,TRIP钢管的硬化机理处晶粒细化外还有独特的TRIP效应使得膨胀前的残余奥氏体发生形变产生马氏体导致硬度和韧性的提高,奥氏体不锈钢则由于孪生变形特性而保证膨胀后仍具有高强度和高韧性。通过ANSYS模拟膨胀变形过程,得到模拟膨胀力与现场实验膨胀力接近,模拟结果有效。