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油套管材料往复摩擦磨损特性研究

钱智超  
【摘要】:在试油完井过程中,油管受到封隔器坐封产生的轴向压力影响,易发生屈曲变形而与套管接触,加之油管纵向振动,将使油管与套管间产生往复摩擦,造成局部管壁均匀减薄。尤其在深井、超深井高温高压环境中,壁厚减薄油管的抗内压或抗外压能力的降低将直接影响管柱安全。 本文利用油套管柱(汇)往复式磨损实验机,实验确定P110、TP140套管材料与超级13Cr油管材料在单位时间内相互磨损失重量、摩擦系数和摩擦功,并计算出壁厚减薄率和磨损效率,然后回归拟合出不同工况下壁厚减薄率和磨损效率函数。基于以上结果得出不同工况下的磨损规律,同时与扫描电子显微镜(SEM)结果进行对比,分析油管与套管摩擦磨损过程中的磨损机理。 实验研究结果表明:改性钻井液(用作环空保护液)介质环境下,影响套管与油管间磨损的主要因素:套管硬度、油管与套管间正压力以及摩擦频率。通过以上实验研究得出以下结论: (1)油套管材料硬度对磨损量的影响主要表现在:硬度较高的套管对油管的犁沟磨损更为严重;套管与油管硬度差较小的摩擦副更容易发生粘着磨损。 (2)油套管之间的正压力对磨损的影响主要表现为:正压力越大摩擦副之间就压得越紧,越容易发生咬合,粘着磨损状态就越严重。 (3)摩擦频率对磨损的影响主要表现为:摩擦频率越大,摩擦副之间就越容易产生瞬间高温,从而产生粘着结点,粘着磨损量越大。 (4)分析同一工况,不同磨损时间条件下,P110、TP140套管材料对超级13Cr油管材料的磨损规律,发现套管与油管之间的磨损状态不随磨损时间变化。 (5)磨损实验的过程中,在环境介质不变的情况下,摩擦系数始终在0.3左右波动,表面疲劳磨损状态不随其它工况的变化而变化。


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