Jezik Kao važna metoda razvoja resursa, duboka bušotina suočava se s izuzetno složenim radnim uvjetima poput visoke temperatura, visokog tlaka i visoke korozije. Nepropusni cijevi nikla prikazale su potencijalnu vrijednost primjene u polju dubokog javanja zbog svojih izvrsnih mehaničkih svojstava, otpornosti na koroziju i visoke otpornosti na temperaturu. Međutim, kako bi se osigurao njegov siguran, pouzdan i učinkovit rad u dubokom rudarstvu, njegova primjenjivost mora biti sveobuhvatno i sustavno ocjenjivati.
1. Analiza dubokih uvjeta rudarstva u bušotini
l Temperaturno okruženje
Tijekom dubokih kopanja, temperatura formiranja povećavat će se s povećanjem dubine. Općenito govoreći, gradijent temperature formiranja povećava se za oko 3 ° C na 100 metara, ali u nekim posebnim geološkim područjima, poput geotermalno aktivnih područja, temperaturni gradijent može biti veći. Okoliš visoke temperature imat će značajan utjecaj na mehanička svojstva bešavnih cijevi legure nikla, što može uzrokovati smanjenje čvrstoće i tvrdoće materijala, plastičnost i žilavost, pa čak i uzrokovati probleme poput puzanja i zamora. Stoga je točno razumijevanje zakon o raspodjeli temperature i promjena u dubokom jazbinu važan preduvjet za procjenu primjenjivosti bešavnih cijevi nikla.
l Pod pritiskom okoliš
U dubokoj dobroj rudarstvu, Nikl legura bešavne cijevi podvrgavaju se pritisku iz tekućine za stvaranje, prepunjenog tlaka i radnog tlaka tijekom rudarstva. S povećanjem dubine rudarstva, tlak stvaranja raste linearno, a okruženje visokog tlaka može uzrokovati da se cijev prinosi, deformira ili čak puknuće. Osim toga, tijekom različitih faza rada, kao što su bušenje, dovršavanje i proizvodnju nafte, tlak će se također dinamički promijeniti, što stavlja veće zahtjeve na tlačnoj i otpornosti cijevi.
l Korozivno okruženje
Korozijsko okruženje u dubokom bušotini je relativno složeno, uglavnom uključuje formiranje korozije vode, korozije nafte i plina i korozije mikroba. Formacijska voda obično sadrži razne elektrolite, poput natrijevog klorida, magnezijevog klorida, kalcijevog karbonata itd. Ovi će elektroliti reagirati elektrokemijski s legurom nikla bez bešavnih cijevi, što dovodi do korozije. Nafta i plin mogu sadržavati korozivne plinove kao što su sumporovodi (H2S) i ugljični dioksid (CO2), koji će pod određenim uvjetima tvoriti kiselo korozivno okruženje, povećavajući brzinu korozije cijevi. Pored toga, metaboličke aktivnosti podzemnih mikroorganizama također mogu proizvesti korozivne tvari, uzrokujući oštećenje korozije na cijevima.
l Mehaničko opterećenje
U procesu dubokog bušotine, legure nikla legure bešavne cijevi podvrgavaju se različitim mehaničkim opterećenjima kao što su napetost, kompresija, savijanje i torzija. Tijekom postupka bušenja, cijev se podvrgava zakretnom bitu bušilice i zateznom opterećenju niza bušenja; Tijekom procesa proizvodnje nafte, cijev je podvrgnuta opterećenju savijanja zbog nagiba naftne bunara i mrtve težine kućišta; Tijekom rada alata za bušotine, poput postavljanja i otvaranja pakera, cijev je podvrgnuta cikličkom opterećenju kompresije i napetosti. Kombinirani učinak ovih mehaničkih opterećenja može uzrokovati kvar zamora cijevi.
2. Procjena materijalne performanse bešavne cijevi od legure nikla
l Mehanička svojstva
(I) Natezanje svojstva
Vlačna svojstva važni su pokazatelji za mjerenje mehaničkih svojstava bez bešavnih cijevi nikla, uključujući čvrstoću prinosa, vlačnu čvrstoću, izduživanje i skupljanje presjeka. Čvrstoća prinosa i vlačna čvrstoća odražavaju sposobnost materijala da se odupire plastičnoj deformaciji i lomu, dok izduživanje i skupljanje presjeka odražavaju sposobnost plastične deformacije materijala. U okruženju visokog tlaka i visokog stresa od rudarstva dubokog jaha, legure nikla mora imati dovoljno visoke čvrstoće prinosa i vlačne čvrstoće kako bi se spriječila plastična deformacija i lom; Istodobno, oni također trebaju imati dobru plastičnost i žilavost kako bi se prilagodili složenim mehaničkim uvjetima opterećenja pod zemljom.
(Ii) Performanse kompresije
Rezistencija kompresije odnosi se na sposobnost legure nikla bez bešavnih cijevi da se odupire deformaciji i oštećenju pod aksijalnim tlakom. U dubokoj bušotini, cijevi mogu biti podložne pritisku prevrtanja i bušotine, tako da moraju imati dobru otpornost na kompresiju. Otpornost kompresije obično se mjeri kratkim testom kompresije stupca, u kojem je potrebno izmjeriti tlačnu čvrstoću, elastični modul i Poissonov omjer cijevi.
( Iii ) Performanse anti-fatige
Otpor umora odnosi se na sposobnost legure nikla bez bešavnih cijevi da se odupre prijelom umora pod cikličkim opterećenjima. U procesu dubokih kopanja bušotine, mehanička opterećenja na cijevima često se dinamički mijenjaju, poput cikličkih promjena momenta i vlačnih opterećenja tijekom bušenja, fluktuacije tlaka tijekom proizvodnje ulja itd. Ova ciklička opterećenja mogu lako dovesti do neuspjeha umota cijevi. Otpornost na umor obično se procjenjuje testovima umora, koji zahtijevaju određivanje parametara kao što su granica umora, vijek trajanja umora i brzina rasta pukotina u cijevima.
( Iv ) Tvrdoća
Tvrdoća je pokazatelj sposobnosti površine materijala da se odupire lokalnoj plastičnoj deformaciji, uvlačenju ili grebanju. Tvrdoća legure nikla bez bešavnih cijevi usko je povezana s njihovom snagom, otpornošću na habanje i otpornošću na koroziju. Veća tvrdoća može poboljšati otpornost na habanje i otpornost na ogrebotine cijevi i smanjiti oštećenja tijekom podzemnog transporta i ugradnje. Najčešće korištene metode ispitivanja tvrdoće uključuju Brinell tvrdoću, tvrdoću Rockwella i tvrdoću Vickersa.
l Otpor korozije
(I) Ujednačen korozija
Ujednačena korozija odnosi se na fenomen korozije u kojoj je korozivni medij ravnomjerno raspoređen na površini cijevi, što rezultira postupnim smanjenjem ukupne debljine cijevi. Metoda gubitka težine obično se koristi za procjenu ujednačenih performansi korozije nikla legura bez bešavnih cijevi, odnosno uzorak je izložen određenom korozivnom mediju, a gubitak mase uzorka mjeri se nakon određenog vremenskog razdoblja kako bi se izračunala brzina korozije. Pored toga, elektrokemijske metode poput ispitivanja krivulje polarizacije i ispitivanja impedancije mogu se koristiti i za proučavanje korozije i mehanizma korozije materijala u korozivnim medijima.
(Ii) Lokalna korozija
Lokalizirana korozija odnosi se na koroziju koncentriranu u lokalnim područjima površine cijevi, kao što su korozija pukotina, korozija i intergranularna korozija. Lokalizirana korozija često je štetnija od ujednačene korozije jer lako može uzrokovati curenje ili pucanje cijevi prije ukupne oštećenja korozije. Pitting je uobičajeni oblik lokalizirane korozije, koji se obično javlja u korozivnim medijima koji sadrže kloridne ione. Učinkovitost pittinga može se procijeniti mjerenjem potencijalnog ispitivanja i dubine. Korozija pukotine obično se javlja u jaz između cijevi i drugih komponenti, kao što su praznine prirubnica, praznine s navojem itd. Test korozije pukotine može se koristiti za procjenu performansi korozije pukotine. Primjenom određene širine praznine i korozivnog medija na uzorak, primjećuje se korozija uzorka. Ingranularna korozija odnosi se na fenomen korozije duž granice zrna, koji se obično javlja u materijalima poput legura od nehrđajućeg čelika i nikla. Učinkovitost intergranularne korozije može se procijeniti intergranularnim ispitivanjima korozije, poput ispitivanja jetkanja oksalne kiseline, ispitivanja sulfata sa sumpornom kiselinom, itd.
( Iii ) Pucanje korozije stresa
Pukotina korozije stresa odnosi se na krhki fenomen prijeloma materijala pod kombiniranim djelovanjem zateznog stresa i korozivnih medija. U dubokoj bušotini, zatezni stres i korozivni mediji na koje se podvrgavaju bešavne cijevi nikla mogu lako uzrokovati pucanje korozije stresa. Procjena performansi pucanja korozije stresa obično prihvaća metode ispitivanja kao što su metoda konstantnog opterećenja i metoda sporog naprezanja. Primjenjujući određeni naponski stres na uzorak i izlažući ga određenom korozivnom mediju, promatrano je vrijeme pucanja i loma uzorka.
l Visoki otpor na temperaturu
(I) Visok temperature mehanička svojstva
U okruženju s visokim temperaturama, mehanička svojstva bešavnih cijevi legure nikla znatno će se promijeniti. Kako se temperatura povećava, čvrstoća prinosa i vlačna čvrstoća materijala postupno će se smanjivati, dok će se plastičnost i žilavost povećavati. Stoga je potrebno procijeniti mehanička svojstva bešavnih cijevi nikla legura na različitim temperaturama kako bi se utvrdila njihova primjenjivost u okruženjima s dubokim dobro visokim temperaturama. Visoka temperaturna mehanička ispitivanja obično se provode na strojevima za ispitivanje zatezanja visoke temperature, a testni raspon temperature može se odrediti u skladu s stvarnim temperaturnim uvjetima dubokog vađenja bušotine.
(Ii) Visoke temperaturne performanse antioksidansa
Otpornost na oksidaciju visoke temperature odnosi se na sposobnost materijala da se odupire koroziji oksidacije u okruženju visoke temperature. U dubokoj bušotini, ako postoji okruženje za oksidaciju visoke temperature, kao što su tekućine za stvaranje koje sadrže paru s kisikom ili visoku temperaturu, bešavne cijevi za niknu leguru moraju imati dobru otpornost na oksidaciju visoke temperature. Testovi oksidacije visoke temperature mogu se koristiti za procjenu otpornosti na oksidaciju visoke temperature. Uzorak je izložen specifičnom okruženju za oksidaciju visoke temperature u određenom vremenskom razdoblju, a mjeri se oksidacijsko povećanje težine ili debljina oksidnog filma uzorka za procjenu otpornosti na oksidaciju materijala.
( Iii ) Performanse puzanja visoke temperature
Puzanje se odnosi na fenomen koji materijal polako prolazi plastičnu deformaciju tijekom vremena pod konstantnim naponom i visokom temperaturom. U okruženju visoke temperature i visokog tlaka dubokih rudarskih bušotina, legure nikla legure bešavne cijevi mogu proći deformaciju puzanja, što rezultira smanjenjem dimenzijske točnosti i mehaničkih svojstava cijevi. Testovi puzanja obično se koriste za procjenu performansi puzanja visoke temperature. Primjenom konstantnog zateznog napona na uzorak i držeći ga na određenoj visokoj temperaturi određeno vrijeme, mjeri se deformacija puzanja i vrijeme pucanja puzanja uzorka, određujući na taj način ograničenje puzanja i vijek trajanja materijala.
l Performanse obrade
(I) Hladnoća rad performanse
Hladne radne performanse odnosi se na sposobnost legura nikla bez bešavnih cijevi da prođu hladnu obradu deformacije na sobnoj temperaturi, poput savijanja, valjanja, širenja, smanjenja, itd. Tijekom ugradnje i spajanja cijevi u dubokom bušotini, možda će biti potrebno obavljati hladne radne operacije na cijevima, tako da je potrebno za procjenu njihove hladne radne performanse. Hladne radne performanse obično se procjenjuju metodama kao što su testovi savijanja, proširivanje testova i smanjenja testova. Tijekom testova potrebno je promatrati imaju li cijevi oštećenja poput pukotina i lomova.
(Ii) Vruća radna izvedba
Vruća radna svojstva odnose se na sposobnost bešavnih cijevi nikla legura da prođu preradu vruće deformacije na visokim temperaturama, poput kovanja, kotrljanja, ekstruzije itd. Vruća radna tehnologija ima važan utjecaj na strukturu i performanse cijevi, pa je potrebno procijeniti njegova vruća radna svojstva. Vruća radna svojstva obično se ocjenjuju metodama kao što su test vruće kompresije, vrući test zatezanja i vruća test torzije. Test zahtijeva proučavanje ponašanja deformacije i organizacijsku evoluciju materijala na različitim temperaturama i brzinama naprezanja.
( Iii ) Izvedba zavarivanja
Učinkovitost zavarivanja odnosi se na sposobnost legure nikla legura da se zavarivaju u integralnu strukturu. U dubokom bušotini, cijevi se obično povezuju zavarivanjem, pa je performanse zavarivanja važan pokazatelj za procjenu njihove primjenjivosti. Procjena performansi zavarivanja uključuje procjenu procesa zavarivanja i ocjenu učinka zavarivanja. Procjena procesa zavarivanja uglavnom ispituje jesu li oštećenja zavarivanja poput pukotina, pora i inkluzija šljake sklone da se javljaju tijekom zavarivanja; Procjena performansi zavarivanja uglavnom uključuje ispitivanja na mehaničkim svojstvima, otpornosti na koroziju i visoku temperaturnu otpornost na zavarivanje spojeva.
3. Procjena strukturnog dizajna bešavne cijevi nikla nikla
l Promjer cijevi i dizajn debljine stijenke
(I) Cijev promjer izbor
Izbor promjera cijevi mora se odrediti na temelju proizvodnih zahtjeva dubokih rudara, učinkovitosti isporuke tekućine i ograničenja podzemnog prostora. Veći promjer cijevi može poboljšati učinkovitost isporuke tekućine, ali će povećati težinu i troškove cijevi, a može biti ograničen i podzemnim prostorom; Manji promjer cijevi može imati niži trošak, ali može povećati otpor protoka tekućine i utjecati na učinkovitost rudarstva. Stoga je potrebno optimizirati ravnotežu između proizvodnih zahtjeva, učinkovitosti isporuke tekućine i troškova za odabir odgovarajućeg promjera cijevi.
(Ii) Dizajn debljine zida
Dizajn debljine stijenke ključna je veza u konstrukcijskom dizajnu nikla legura bez bešavnih cijevi. Potrebno je razmotriti čimbenike poput različitih pritisaka, mehaničkih opterećenja i korozivnih okruženja kojima su cijevi podvrgnuti u dubokom rudarstvu. Ako je debljina stijenke previše tanka, cijev možda neće moći izdržati podzemne tlake i mehanička opterećenja, a lako je deformirati i razbiti; Ako je debljina stijenke previše gusta, povećat će težinu i troškove cijevi, a može utjecati i na performanse obrade i učinkovitost cijevi. Dizajn debljine stijenke obično prihvaća metodu provjere čvrstoće za izračunavanje potrebne minimalne debljine stijenke na temelju maksimalnog tlaka, mehaničkog opterećenja i mehaničkih svojstava materijala kojem je cijev podvrgnuta i razmotrimo određeni sigurnosni faktor.
l Dizajn strukture veze
(I) spoj
Priključak s navojem jedna je od najčešće korištenih metoda povezivanja za legure nikla bez bešavnih cijevi, koja ima prednosti prikladne veze i lako rastavljanje. Dizajn navoja mora razmotriti čimbenike kao što su vrsta navoja, nagib, kut zuba, duljina navoja i točnost podudaranja. Uobičajene vrste niti uključuju API navoj, trapezoidne navoj itd. Snaga i brtvljenje navojnog priključka ključni su pokazatelji za procjenu njegove primjenjivosti, koje je potrebno provjeriti metodama kao što su test zatezanja, ispitivanje kompresije i ispitivanje brtvljenja navojne veze.
(Ii) Prirubnica
Prirubnica je kruta metoda povezivanja s prednostima visoke čvrstoće i dobrog brtvljenja. Pogodan je za visoke tlake, visoke temperature i visoko korozivne radne uvjete. Dizajn prirubnice mora razmotriti čimbenike kao što su tipa prirubnice, specifikacija, materijal i odabir brtve za brtvljenje. Uobičajene tipove prirubnice uključuju ravnu prirubnicu zavarivanja, prirubnica za zavarivanje, utičnice za zavarivanje itd. Ugradnja i rastavljanje prirubnice su relativno komplicirani, što zahtijeva visoku točnost ugradnje i troškove izgradnje.
( Iii ) Veza za zavarivanje
Priključak za zavarivanje način je izravnog povezivanja legure nikla bez bešavnih cijevi u cjelinu zavarivanjem. Ima prednosti visoke snage veze, dobrog brtvljenja i niskih troškova. Dizajn veze za zavarivanje mora razmotriti čimbenike kao što su odabir postupka zavarivanja, optimizacija parametara zavarivanja i dizajna zavarivanja spoja. Nedostatak veze za zavarivanje je u tome što se tijekom postupka zavarivanja mogu dogoditi oštećenja zavarivanja, što utječe na performanse i radni vijek cijevi, pa je potreban strogi inspekcija zglobova zavarivanja.
l Dizajn protiv sakupljanja
U dubokoj bušotini, legure nikla legure bešavne cijevi mogu se podvrgnuti aksijalnim kompresijskim opterećenjima. Kad kompresijsko opterećenje premaši određenu kritičnu vrijednost, cijev će se zabiti i deformirati, što rezultira strukturnom nestabilnošću. Stoga je potreban dizajn protiv struganja kako bi se osigurala stabilnost cijevi pod kompresijskim opterećenjem. Dizajn protiv struganja obično koristi Eulerovu formulu za izračunavanje kritičnog opterećenja cijevi i odabir odgovarajuće veličine cijevi i svojstava materijala na temelju rezultata izračuna za poboljšanje sposobnosti cijevi protiv struje. Osim toga, performanse cijevi protiv struje mogu se poboljšati povećanjem debljine stijenke cijevi i korištenjem pojačavajuće konstrukcije rebra.
l Dizajn za umor
Kao što je gore spomenuto, mehanička opterećenja na leguri nikla bez bešavnih cijevi u dubokom bušotini često se mijenjaju ciklično, što lako može dovesti do neuspjeha umora. Stoga je potreban dizajn života umora kako bi se predvidio radni vijek cijevi pod cikličkim opterećenjima. Dizajn života umora obično prihvaća teoriju kumulativnog oštećenja umor kako bi izračunao vijek trajanja cijevi na temelju spektra cikličkog opterećenja i parametara performansi zamora materijala. Tijekom procesa dizajniranja, potrebno je razmotriti učinke veličine opterećenja, učestalosti, broja ciklusa i čimbenika okoliša na vijek trajanja umora i poduzeti odgovarajuće mjere za poboljšanje vijek trajanja cijevi, poput optimizacije konstrukcijskog dizajna cijevi, smanjenja koncentracije stresa i izvođenja površinskog tretmana.
4. Procjena proizvodnog procesa ne bešavne cijevi nikla legura
l Proces topljenja
Proces topljenja legure nikla ima ključni utjecaj na svoj kemijski sastav i svojstva mikrostrukture. Uobičajeni postupci topljenja legure nikle uključuju topljenje električnih lučnih peći, vakuumsko indukcijske peći i topljenje elektroslaga. Električni lučni peći za topljenje ima prednosti visoke učinkovitosti proizvodnje i niskih troškova, ali nečistoće se lako unose tijekom procesa topljenja, što utječe na čistoću i performanse legure; Vakuumsko indukcijska peć može rastopiti i pročistiti leguru u vakuumskom okruženju, učinkovito ukloniti plinove i nečistoće u leguri i poboljšati čistoću i performanse legure; Povlačenje elektroslaga proces je za daljnje pročišćavanje i rafiniranje legure, što može poboljšati kristalnu strukturu legure i poboljšati gustoću i mehanička svojstva legure. Stoga je potrebno procijeniti može li proces topljenja legure nikla bez bešavnih cijevi osigurati ujednačen kemijski sastav, visoku čistoću i dobru mikrostrukturu i performanse legure.
l Postupak valjanja
Proces kotrljanja jedan je od ključnih procesa za proizvodnju legure nikla bez bešavnih cijevi, uključujući perforaciju, valjanje cijevi i dimenzioniranje. Proces perforacije je u perforaciji čvrste okrugle čelične gredice u šuplju grubu cijev; Proces valjanja cijevi je da se gruba cijev valja u čeličnu cijev potrebne veličine i oblik kroz valjani mlin; Postupak veličine je da se završi kotrljanje na čeličnoj cijevi kako bi se poboljšala točnost dimenzija i kvaliteta površine čelične cijevi. Parametri procesa valjanja, poput temperature valjanja, brzine valjanja, valjanog tlaka i deformacije, utjecati će na strukturu i svojstva čelične cijevi. Na primjer, previsoka temperatura valjanja dovest će do grubih zrna i smanjiti mehanička svojstva čelične cijevi; Prebrza brzina valjanja uzrokovat će pukotine i oštećenja na površini čelične cijevi. Stoga je potrebno procijeniti je li postupak valjanja razuman i može li osigurati da dimenzijska točnost, kvaliteta površine i organizacijska svojstva čelične cijevi ispunjavaju zahtjeve.
l Postupak toplinske obrade
Proces toplinske obrade važno je sredstvo za poboljšanje strukture i performansi bešavnih cijevi legure nikla. Kroz toplinsku obradu može se eliminirati zaostali stres koji stvara čelična cijev tijekom valjanja, zrna se mogu rafinirati, a mehanička svojstva i otpornost na koroziju mogu se poboljšati. Uobičajeni postupci toplinske obrade uključuju žarenje, normalizaciju, gašenje i temperiranje. Proces žarenja može smanjiti tvrdoću čelične cijevi i poboljšati plastičnost i žilavost; Proces normalizacije može pročistiti zrna i poboljšati ujednačenost strukture; Proces gašenja i kaljenja može poboljšati čvrstoću i tvrdoću čelične cijevi, održavajući određenu plastičnost i žilavost. Parametri procesa toplinske obrade, poput temperature grijanja, vremena zadržavanja i brzine hlađenja, moraju se razumno odabrati i optimizirati prema sastav i zahtjevima za izvedbu legure. Stoga je potrebno procijeniti može li postupak toplinske obrade učinkovito poboljšati strukturu i performanse čelične cijevi kako bi se zadovoljile radne uvjete dubokog rudarstva.
l Postupak površinskog obrade
Proces površinskog obrade legure nikla legure bez bešavne cijevi uglavnom uključuje kiseli, pasivaciju, oblaganje i premazivanje itd. Njegova je svrha ukloniti oksidnu ljestvicu, mrlje od ulja i nečistoće na površini čelične cijevi i poboljšati kvalitetu površine i otpornost na koroziju čelične cijevi. Kisenje može ukloniti oksidnu ljestvicu i hrđu na površini čelične cijevi; Pasivacija može tvoriti gusti oksidni film na površini čelične cijevi kako bi se poboljšala otpor korozije čelične cijevi; Ploča i premaz mogu formirati metalni ili ne-metalni zaštitni sloj na površini čelične cijevi, što dodatno poboljšava otpornost na koroziju i otpornost na čeličnu cijev. Kvaliteta procesa obrade površine izravno utječe na radni vijek i pouzdanost čelične cijevi, pa je potrebno procijeniti može li postupak površinskog obrade učinkovito poboljšati kvalitetu površine i korozijsku otpornost čelične cijevi.
.jpg?imageView2/2/format/jp2 "1/4")
