大膨胀率石油套管性能的-研究

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1、万方数据DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsEngineeringSTUDYONTHEPERFORMANCEOFTHEOILCASINGWITHLARGEEXPANSIONRATEByWangChunfangSupervisor:Prof.HeJiningMay2015万方数据万方数据万方数据万方数据河北工业大学硕士学位论文摘要膨胀管技术是石油钻井行业中迅速崛起的一项新技术，可明显降低钻井及完井成本。该技术

2、的最终目的是实现单一井径钻井完井，制约膨胀管技术发展及应用的关键是膨胀管材料的选择和优化。目前国内外膨胀管材料的选择依然局限在现有的API套管中，且膨胀率均小于25%，屈强比在0.75左右，还没有解决具有低成本、大尺寸、大膨胀率等高性能的膨胀管用钢铁材料的生产制备问题。学者们都追求新材料的研制，忽略了对已用钢材进行改性来制备膨胀管的方法。本文依照双相钢的设计理念，通过热处理改性的方法对低碳合金钢进行实验，探讨了影响实验钢显微组织形态，力学性能以及膨胀性能的因素，设计了热处理方案、拉伸实验及膨胀实验，运用了光学显微镜、扫描电镜、

3、透射电镜及能谱分析等实验分析手段，得到了力学性能与组织、成分之间的对应关系。实验得出，亚温淬火工艺可以得到双相组织，改善了材料的强韧性能和膨胀性能，较完全淬火工艺更适于膨胀管用钢的热处理；Cr、Mo元素提高了实验钢的淬透性；影响实验钢相组成及组织形态的淬火温度、冷却方式、回火等因素同样影响着实验钢的力学性能；回火显著提高了亚温淬火实验钢的延性，770℃亚温淬火钢经600℃回火后，延伸率从7.3%提高到14.94%，断面收缩率从23.56%提高到48.96%,膨胀极限从20%提升到40%，远大于API套管中25%的膨胀率，屈强比

4、在0.65左右，小于API套管的0.75，性能较佳，基本实现了低成本、大膨胀率和高性能的目标。关键字：膨胀管双相钢热处理延伸率膨胀极限I万方数据大膨胀率石油套管性能的研究II万方数据河北工业大学硕士学位论文ABSTRACTExpandabletubewhichofferstheadvantagesofhighstressandlowcostshasbeenwidelyusedinoilindustrialfield.Withtheexpandabletubulartechnologydeveloping,singleboreh

5、olediameterdrillingandwellcompletioncanbeachieved.However,manyresearchresultsrevealedthatthecharacteristicsofrawmaterialhavebeenthemainrestrictingoftheapplicationanddevelopmentofthetechnology.Currently,mostexpandabletubeisstillmadeofAPIcasing,ofwhichtheexpansionrate

6、islessthan25%andtheyieldratioisabout0.75.Manyresearchersdevotedthemselvestoinventanewexpandabletubularwithhighperformance,lowcostandhighexpansionrate.However,seldomresearchfocusedonthemodificationofrawmaterials.Inthispaper,lowcarbonalloysteelundergoesheattreatmentwi

7、thdifferentparameters.Attentionwaspaidtothemicrostructure,mechanicalandexpansionpropertiesofthetreatedsteel.Theinfluenceofparameters,suchascoolingrate,quenchingtemperature,temperingtemperatureandtimeonthepropertiesofmaterialsweresystematicallyinvestigated.Themicrost

8、ructuresofthetreatedsteelwereanalyzedbymicroscope,scanningelectronmicroscopy(SEM)andtransmissionelectronmicroscopy(TEM).Theresultsshowthat