Yuksek sıcaklıklıgaz kuyularında muhafaza borusu uygulaması

Galvaniz·博茹kaynaklarının ozellikleri
Ocak 2019
Kaplama Koruma API 5 l·博茹HattıCeliğin Korozyon Direnci
2019年Ocak 7日
0

Yuksek sıcaklıklıgaz kuyularında muhafaza borusu uygulaması

儿子yıllarda kolaylıkla yararlanılabilir汽油ve gaz kuyularının azalan sayıda,汽油已经gaz kuyuları哼哼yeraltıve sualtıuzerinde德瑞gitmek icin gerekli hale gelmiştir。Ve、·博茹Ve kılıfşeritler bu kuyuların daha yuksek sıcaklık Ve yuksek basınca maruz, Muhtemelen yuksek basınc / yuksek sıcaklık muhafaza yetmezliği丫da gaz sızmasınıneden olacak kuyular(采用HPHT)。Bu nedenle, daha fazla dikkat dize bağlantılarınıCakma olan儿子年。1,2içinde kuyu bütünlüğünün önemli faktör petrol ve gaz sektöründe bütünlüğünü kuyunun açılması için ödendi, Şiddetli ortamda hem yapısal hem de sızıntı bütünlük sağlamak için beklendiği. yükleme koşulları daha derin ilişkili olarak, Daha yüksek sıcaklık ve basınç gaz kuyusu, birçok operatör standart American Petroleum Institute kullanarak açık (API) prim bağlantıları bağlantıları.şekil 1展示了优质接头的外壳及其气体密封机理。sızdırmazlık yuzeyi de bir -金属contalar olarak adlandırılır, sıkıgecme yoluyla特马basıncısağlayan。Dahası,sızdırmazlık yuzeyi ile bir特马basıncıgaz kuyusu basıncından daha yuksektir, ve govde bağlantılarıgaz kacağı效率。3、4 onlenebilmektedir

şekil 1。优质连接气体密封机构

儿子yıllarda Gaz sızdırmazlık bağlantısıbazıekstra yuksek sıcaklık Gaz kuyuda başarısız, sızdırmazlık yuzeyi uzerinde tasarımı特马basıncıGaz basıncından daha yuksek olmasına rağmen。Guney Cin用Deniz,部分探井温度可达240℃。5The well-designed premium connections could bear high-pressure gas in the downhole at early stage。ancak, Gaz kacağıproblemi bazıkuyularda Gaz uretiminin 2 yıl sonra saptanabilir, hangi Gaz kuyularıbeklenen omru科钦daha azdır。Ekstra yuksek sıcaklıklarda, mahfaza bağlantılarının sızdırmazlık yuzeyi sunme suşu karşılaşacaklardır, hangi sızdırmazlık Yuzeyin特马basıncındaki azalmaya yol acacaktır。特马basıncıgaz kuyusu basıncından daha duşuk olduğunda, gaz govde bağlantısından sızıntı,hangi iyi gaz kullanım omrunu azaltacaktır。ayrıca,布鲁里溃疡surekli bir kılıf gaz basıncının getirecek, mahfaza cokuşu, veya iyi Vazgecme, buyuk ekonomik kayıplara neden。bu nedenle, kovan bağlantının malzemenin viskoelastikliğe calışma ve sızdırmazlık yuzeyinde特马basıncının rahatlama oğrenmek icin onemlidir, Yuksek sıcaklıklıgaz kuyularının araştırma ve geliştirme icin yararlıolabilir吻。

kasa bağlantılarında Araştırma calışmalarıağırlıklıolarak gectiğimiz yıllarda iplik bağlantısıyapısıtasarımıve guvenlik değerlendirmesinde uzerinde yoğunlaşmışbulunmaktadır。Analitik metod 6 7有限元(FE) yontemi 8 9研究工作中常用的实验方法是10、11。Bazıaraştırmacılar拘谨的bağlantılarının sızdırmazlık mekanizmasıaraştırdık 12 13一些研究人员开发了高性能的高端连接,在高温/高压(高温高压)gaz。14,15However, Bu araştırma çalışmaları tüm sabit halde yapılmaktadır, zaman değişiyor düşünmediğini. Ve, Yüksek sıcaklık gaz kuyusundan prim bağlantılarının sızdırmazlık mekanizması tam olarak araştırılmamıştır, mahfaza malzemesinin özellikle viskoelastik davranış.

Bu makalede, mahfaza malzemesinin bir surunme deneyi olarak aynıgerilme, gerilme, ancak farklısıcaklıklarda gercekleştirilmiştir。Ve sonra, mahfaza maddesi viskoelastik davranışincelenmiştir。ayrıca WLF (William-Landel-Ferry) govde malzemesi icin denklem turetilmiştir。En sonunda、铁modeli mahfaza bağlantının sızdırmaz yuzeyin特马basıncının gevşeme incelemek icin kullanılır, hangi yuksek sıcaklık gaz kuyuda omrunu tahmin edebilirsiniz。

Deneysel malzeme testleri

Deneysel duzenek ve işlem

ISO gore 204:2009,睾丸gerilim yontemde metalik malzemelerin tek eksenli sunme testi,根据粘弹性理论,在不同的高温条件下进行蠕变实验,以估算材料的松弛力学性能。16如图所示şekil 2,surunme deneyi cihazıfırın oluşmaktadır, Sıcaklık sensoru, deplasman先生,gerilim测试cihazınumune。实验原理如下图所示şekil 2 (b)。yuklendiğinde numunenin alt sabittir、ve。Deneysel sıcaklık fırın ve sıcaklık sensoru ile kontrol edilir。o esnada Surunme suşu装değiştirme sensoru tarafından kaydedilir。样品套管材料为P110T,化学成分见表1.萨比特金属surunme deneyi olarak zaman alıcıdır, gerilim yuku bir kume deney 120°C sıcaklıkta gercekleştirilmektedir, 200°C, 300°C, sırasıyla。

şekil 2。(出生)Surunme deney cihazıve (b) deneysel ilkesi。

Deneysel sonuc

tablo 2给出了蠕变实验条件萨比特,olan 680 MPa bir gerilme yuku icerir, Uc farklısıcaklıklar, ve deneysel扎曼alıcı。Ayrıca, yuklu cekme gerilimi P110T materyalin elastik sınırının altındadır。Numune testte # 1, 300°C 'nin altında 570种子deneyden sonra kırılmış,所示şekil 3。Bu numunenin kırılma Daraltma fenomenlerin河中的小岛olduğunu gosterir。ancak, daha duşuk bir sıcaklıkta ve surunme测试630种子sonra, Numune kırığıyoktu。但是,300°C用malzeme surunme daha duşuk sıcaklıklarda daha bariz olduğunu kanıtlar。蠕变实验结果见şekil 4。300°C的de baskı-zaman eğrisi butun uc surunme aşamadan oluşmaktadır: birincil, ikincil, ucuncul。Ve、Gerilme hızızaman suşun oranıolarak tanımlanır。同类aşamada, Gerilme hızınispeten yuksektir, ancak zamanla yavaşlar。Sonra, Gerilme hızı,sonunda bir最低değere ulaştığında ve ikinci aşamada bir萨比特değer haline gelir, baskı-zaman eğrisi olarak, bu aşamada bir duz cizgidir。sonunda, ucuncu aşamada, Gerilme hızıkatlanarak numune kırılana dek zamanla artar, temel olarak ornek olarak fenomeni柏妘neden olduğu。ancak 120°C ile 200°C surunme deneyi de numune icin, Sadece iki aşamalarısırasında vardı630测试saatleri:同类aşama ve ikinci aşama。

şekil 4。不同温度下的蠕变实验结果

Viskoelastik kurucu modeli

Bu makalede, kılıf malzemesi线viskoelastik olarak secilir。本构关系可用线性粘弹性叠加原理及松弛和蠕变模量函数表示。17,18从广义麦克斯韦模型开始,再加上一个弹簧项,就得到了一个被称为Wiechert模型的模型,根据şekil 5。Wiechert modeli kullanarak, viskoelastik materyalin sunme ve gevşeme de tanımlanabilir这个模型可以用松弛模量函数E表示(t) aşağıdaki gibi

E(t)=E+i=1nEiexp(tτi)">E(t)=E+Σ=1nE经验值(-tt)E (t) = E∞+Σi = 1 neiexp (-tτi)
(1)

在哪里τi">tτi是松弛时间,Ei">Edeğil是松弛模量,E">EE∞为平衡模量,n是Prony级数的总个数。Denklem (1)表示一系列指数项的和,可以解释为机械单元模型,Ayrıca普龙尼dizisi olarak da bilinen。

şekil 5。Wiechert材料模式

Bunu不是外星人,从方程(1),如果t = 0

E(0)=E0=E+Ei">E(0)=E0=E+ΣEE (0) = E0 = + E∞ΣEi
(2)

其中E0为瞬时松弛模量。Ve、方程(1)可以改写如下吗

E(t)=E+i=1nmiE0exp(tτi)">E(t)=E+Σ=1nE0经验值(-tt)E (t) = E∞+Σi = 1 nmie0exp (-tτi)
(3)

在哪里mi=Ei/E0">=E/E0mil = Ei / E0定义为Prony级数参数

P110T malzeme karakterizasyonu

surunme deneyi icin olduğu gibi, Uygulama gerilim yuku bir sabittir ve dinlenme modulu başka bir formda ile temsil edilebilir:

E(t)=σ[ε]">E(t)=p(e]E (t) p = [E]
(4)

在哪里σ">pp应用张力负荷;[ε]">(e][e]是蠕变实验的应变矩阵吗,[ε1,ε2,ε3,]">(e1,e2,e3.,][e1, e2, e3,…],对应于实验时间矩阵[t]">(t][t]veya[t1,t2,t3,]">(t1,t2,t3.,][t1, t2, t3,…]松弛模量E(t)后来bicimindedir

E(t)=E0+i=1nmiE0[1exp([t]τi)]">E(t)=E0+Σ=1nE0(1-经验值((t]t)]E (t) = E0 +Σi = 1 nmie0 [1-exp ([t]τi)]
(5)

结合方程(4)与方程(5),扎曼ve zorlanma arasındaki ilişki kurulur,如式所示(6)

i=1nmiE0[1exp([t]τi)]=E0σ[ε]">Σ=1nE0(1-经验值(-(t]t)]=E0-p(e]Σi = 1 nmie0 [1-exp (- [t]τi)] = E0-p [e]
(6)

通过求解方程(6)用线性矩阵方程的方法,代入时间矩阵[t]">(t][t]应变矩阵[ε]">(e][e]利用蠕变实验数据,可以得到Prony系列参数mi

普龙尼笛子işlevinin işlem karmaşıklığına gelince, MATLAB yazılımı普龙尼serisi parametreyi bulmak icin uygulanır。200°C, cevre sıcaklığıicin,P110T套管材料的Prony系列参数列于表中3,aşağıdaki gibi ve gevşeme modulu denklemi elde edilebilir

E(t)=79,827+61,991[1et10]+7367[1et100]+49,615[1et1000]">E(t)=79,827+61,991(1-e-t10]+7367(1-e-tOne hundred.]+49,615(1-e-t1000]E (t) = 79.827 + 61.991 (1-e-t10) + 7367 (1-e-T100) + 49615 (1-e-T1000)

Hooke kanunu teorisine gore,蠕变应变是恒定拉伸应力与松弛模量E的比值(t) Ayrıca,绘制了蠕变应变随时间的关系曲线şekil 6。Deneyde baskı-zaman eğrisi ile karşılaştırıldığında, 200°C的de neden所示şekil 6,普龙尼serisi modeli eğrisi surunme deneysel verilerle iyi uyum, ki P110T malzemesinin kurucu modeli doğrulamak。bu nedenle 120°C已经300°C ' de muhafaza malzemesi P110T arasında普龙尼笛子denklem de aynışekilde elde edilebilir,如公式所示(8)(9),sırasıyla

E(t)=125,986+875[1et]+43,314[1et12]+2956[1et100]+38,942[1et1000]">E(t)=125,986+875(1-e-t]+43,314(1-e-t12]+2956(1-e-tOne hundred.]+38,942(1-e-t1000]E (t) = 125.986 + 875 (1-e-t) + 43314 (1-e-T12) + 2956 (1-e-T100) + 38942 (1-e-T1000)
(8)
E(t)=53,560+66,362[1et5]+6985[1et10]+4802[1et200]+30,015[1et800]">E(t)=53,560+66,362(1-e-t5]+6985(1-e-t10]+4802(1-e-t200]+30.,015(1-e-t800]E (t) = 53.560 + 66.362 (1-e-t5) + 6985 (1-e-t10) + 4802 (1-e-t200) + 30015 (1-e-T800)
(9)

şekil 6。蠕变实验数据和Prony系列在200℃时的抗拉性能

mahfaza maddesi termo reolojik davranışı

弛豫模量与温度有关。在较低的温度下,malzemenin gevşeme oranı科钦yavaş,esnek bir davranışmodellenebilecegi。Daha yuksek sıcaklıklarda, malzemenin gevşeme oranı科钦Daha hızlıolur, bu, saf viskoz davranış。gevşeme modulu,普龙尼笛子yontem ile elde edilen, Uc farklısıcaklıklarda bir gunluk bir zaman olceğinde cizilir,所示şekil 7。Tum araziler hemen hemen aynışekle sahip ama sadece yatay olarak kaydırılır olduğu bulunabilir。Bu kaplama malzemesinin bir ozelliğidir ve termo-reolojik davranışdenir。iki eğri arasındaki yatay uzaklık ortalama、zirvede Orta, alt,在kaydırma faktoru olarak tanımlanmaktadır,αT">出生T、ve eğriler arasındaki ilişki aşağıdaki denklem tanımlanabilir微笑

E(log(t),T)=E(log(t)logαT,T1)">E(kutuk(t),T)=E(kutuk(t)-kutuk出生T,T1)E (kutuk (t), t) E = (kutuk (t) -logαT, T1)
(10)

在E(t, t)温度T和时间T下的松弛模量是多少

şekil 7。套管材料P110T的热流变行为

Denklem (10)可以改写如下吗

E(t,T)=E(tαT,T1)">E(t,T)=E(t出生T,T1)E (t, t) E = (tαT, T1)
(11)

转变的因素αT">出生T可以由WLF方程得到吗

logαT=C1(TT0)C2+(TT0)">kutuk出生T=-C1(T-T0)C2+(T-T0)logαT = C1 (T-T0) C2 + (T-T0)
(12)

其中T是计算松弛模量的温度,T0">T0T0是参考温度C1和C2是WLF方程的常数

根据蠕变实验数据,采用Prony级数法进行计算şekil 6、ve referans sıcaklık olarak 200°C ayar vardiya faktorleri, ila 120°C 200°C ve ila 200°C 300°C, arsa icinde olceklenebilir。WLF denklemi维塔斯faktorleri ile değiştirilmesiyle,常数C1和C2可以解出来:C1 = 45.03, C2 = 4640。bu nedenle, kılıf malzemesi P110T icin WLF denklemi olan

logαT=45.03(T200)4640+(T200)">kutuk出生T=-4503(T-200)4640+(T-200)logαT = -45、03 (t - 200) 4640 + (t - 200)
(13)

我是维吾尔人

菲modeli

numune gerilim sunme testin sayısal simulasyon ticari FE yazılım有限元分析'u kullanılarak gercekleştirilmiştir。kılıf malzemesi P110T surunme deneyi yukleme巴兹alarak、铁mekanik modeli kurulmuştur,所示şekil 8。elastik ozellikler, elastik模块已经泊松oranıdahil olmak uzere, 1.99105 Mpa×0.3, sırasıyla,有限元分析tanımlandığıgibidir。dışında, viskoz ozellikleri, gevşeme zamanıve普龙尼serisi dahil,如表所示3,Ayrıca有限元分析tanımlandığıgibidir。parametreler Dahasıtermo-reolojik basit (TRS),C1和C2布鲁里溃疡,WLF denklemi ile elde edilen, Ayrıca simulasyonda dahildir, ve * analiz visko帐篷viskoelastik davranışicin uygulanmıştır。

şekil 8。采用有限元力学模型模拟拉伸蠕变试验

蠕变实验数据与三种不同温度下的模拟结果的比较如下şekil 9(出生)——(c),sırasıyla。sıcaklıkta 200°C, Simulasyon sonuclarıda surunme deneysel真实eşleşen微笑。这是因为在方程中温度设置为参考温度200℃(13)。Ancak sıcaklıklar 120°C ile 300°C, termo-reolojik davranış,Deneysel ve simule sonuclar arasında kucuk farklılıklar vardır, ve en buyuk fark daha azdır 8%。Bu farkın nedeni、cunku、铁analizi icin, termo-reolojik parametreler simulasyon icine uygulanır, WLF denklemi elde edilir。WLF denklemde 200°C referans sıcaklık olarak alınır, Boylece icindeşekil 7,Kırmızıeğri mavi eğri ve siyah eğrisinin pozisyonuna kaydırılır。Ve、Yeni kaymışeğriler kılıf malzemeninısıyla reolojik davranışıtemsil埃德尔Ve WLF denklemi cozmek icin kullanılır。kaymışeğriler Cunku olmaz 100% Orijinal biriyle de mac Deneysel sonuclar elde edildiği, sapma Deneysel ve simulasyon arasında var。Ayrıca, 200°C bir referans sıcaklık olarak alınır gibi, simulasyon sonucu diğerlerinden daha doğru,所示şekil 9。bu nedenle, Simulasyon sonuclarıbu makalede viskoelastik teori ve trl yonteminin gecerliliğini gostermek。ek olarak、铁modeli farklımekanik ve铁尔玛鲁koşullar altında govde malzemesi P110T viskoelastik davranışıtahmin etmek icin de kullanılabilir。

şekil 9。不同温度下实验数据与仿真结果的比较: (bir) 120°C, (b) 200°C, ve (C) 300°C。

sızdırmazlık yuzeyindekiİletişim basıncı

5.5”SL-APOX ortak bağlantıturu geometrisine戈尔sızdırmazlık yuzeyi, eksenel simetri FE modeli有限元分析inşa edilmiş,所示şekil 10。İc duvar uygulanan gaz basıncıaltında olan。Şekilde kırmızıcizgi sızdırmazlık yuzeyi temsil。Gaz basınc sızdırmazlık yuzeyi ile bir特马basıncıdaha yuksek olmasıhalinde, eklem bağlantısızıntıolasılığıdaha yuksektir olacak。

şekil 10。由SL-APOX接头连接的密封面的有限元模型

yuksek sıcaklık ortamında en, sızdırmazlık yuzeyi ile bir特马basıncınedeniyle malzeme viskoelastisite zamanla azalacaktır。ic duvarına gaz basıncı75 MPa olarak ayarlanır。密封面上的平均接触压力松弛随时间变化的模拟结果如式所示乐动app下载安装şekil 11。Simulasyon sonucları同类ortalama特马basıncıile 160°C 116 MPa ile 230°C olduğunu gostermektedir。Sonra, Ortalama总统basıncızamanla azalır。Ortalama特马basıncı76 MPa大家damla。ayrıca 230°C用azalan basınc oranı,160°C 'lik bir ortamda olandan daha hızlı。4000年种子icinde olduğu gosterilmiştir (166 gunler),特马basıncı230°C的76 MPa duşer。阿,ancak, daha duşuk bir sıcaklık ortamında 9000 h alacak 76 MPa duşmesi (375 gunler)。

şekil 11。密封面上的接触压力随时间的变乐动app下载安装化而松弛

simulasyon sonucuna戈尔,同类特马basıncıoranıve顶尖特马basıncıdır 1.56,但是vasıtalar, yuksek sıcaklık ortamında, sızdırmazlık yuzeyinde儿子特马basıncıneredeyse ucte bir oranında duşecek。guvenlik faktoru denklem gore

n=[σ]σgp">n=(p]p全科医生n = [p]σgp
(14)

n是安全系数,[σ]">(p][p]设计接触压力是多少乐动app下载安装,σgp">p全科医生σgp未来的密封气体压力是多少安全系数n必须大于2 Emniyet değerlendirilmek uzere。

Sonuc

  1. 溢价bağlantısının帐目yuzeyi ile bir特马basıncıgevşeme yuksek sıcaklık, doğal gaz de muhafazanın kuyusundan gaz sızıntısıicin安娜sebebidir。

  2. yuksek sıcaklıklarda, sunme gerilimi deney govde malzemesi P110T viskoelastik davranışıincelemek icin kullanılmıştır。mahfaza malzemenin mekanik davranışının oldukca bağlıdır sıcaklıktır。daha yuksek bir sıcaklık ortamı,daha hızlısurunme oranıdır。

  3. kılıf malzemesi P110T icin yapısal modeli surunme deneysel verilerle elde edilmiştir, ve普龙尼笛子量hesaplanmıştır。termo-reolojik davranışıaraştırıldı300°C已经120°C arasında cevre sıcaklıklarıarasındaki malzemenin kaymasıfaktorleri elde edilir。

  4. Malzeme P110T icin bir viskoelastik FE modeli kurulmuştur、ve simulasyon sonuclarıdeneysel verilerle iyi uyum。

  5. 溢价bağlantılıbir sızdırmazlık yuzeyinin FE modeli有限元分析inşa edildi, ve特马basıncıgevşeme araştırılmıştır。Sızdırmazlık yuzeyindeki tasarımı特马basıncıyuksek sıcaklık doğalgaz kuyularında niyetinde gaz Sızdırmazlık basıncıiki katı阿提拉·olmasıgerektiğini tavsiye edilir。

Taşıma编辑:米甲Kuciej

catışan cıkarlar Bildirgesi
Yazar (s) Araştırmaya戈尔herhangi bir cıkar catışmasıbeyan, yazarlık,布鲁里溃疡maddenin ve / veya yayın。

Referanslar

Teodoriu, C, Kosinowski, C, Amani, M。HPHT条件下的井筒完整性和水泥破坏国际工程应用科学2013;2:1-13年

Paul Cernocky, E, Valigura, GA, Scholibo,足球俱乐部采用标准化方法对套管-油管连接进行有限元分析,以建立相对密封性能作为设计几何参数的函数,işleme toleransları、ve uygulanan yuklere。İcinde: Idelsohn,年代,奥,E, Dvorkin E (eds)计算力学巴塞罗那:CIMNE,1988,pp.1-19

Ong, G, Nizam Ramli, M, Ahmad, 'H。为防止套管钻具连接疲劳失效,对套管半优质连接进行疲劳性能评价。İcinde:亚洲离岸科技会议的会议记录,吉隆坡Malezya, 22-25年3月2016年,https://www.onepetro.org/conference paper/otc - 26807 ms

Ugai Sugino M,山口,年代,美国VAM 21日yenilikci, yuksek performanslı拘谨的icin bağlantıdişliBAKINIZ。新日铁和住友金属株式会社teknik rapor yok。107,Şubat 2015,pp.10-17,http://www.nssmc.com/en/tech/report/nssmc/pdf/107 - 03. - pdf

Takano J山口,M, Kunishige,”h . yuksek sıkıştırma dayanabilecek icin拘谨的bağlantısıGelişimi“KSBEAR yuksek dışbaskı,bukme切断。川崎钢铁公司teknik rapor yok。47岁的2002年,http://www.jfe-steel.co.jp /档案/ en / ksc_giho / 47次/ e47 - 014 - 022. - pdf

金,J, ruzgaraltıHS,金正日,N -。间接拉伸蠕变试验中粘弹性固体剪切模量和体积模量的测定J Eng机械2010;136:1067-1075年。3.

洛佩斯,J,阿尔贝托,C,托马斯,J。用Prony系列表征粘弹性松弛模量这是固体的温度2015;12:420-445年

公园, GB, Schapery, RA。线性粘弹性材料函数相互转换的方法。普龙尼戈尔serisi Bolum I-sayısal bir yontem。J个固体结构1999;26日:1653-1675年

Ananthsynm B。非球面光学精密成型的计算建模所有论文326 2008,http://tigerprints.clemson.edu/all_dissertations/326

yoruma kapalı。