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1、石油套管是油井使用壽命和安全的重要保證。由于石油套的工作環(huán)境十分惡劣,因此,對(duì)石油套管的質(zhì)量和性能的要求是十分嚴(yán)格的。石油套管在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力,而殘余應(yīng)力的存在會(huì)嚴(yán)重降低套管的性能。所以,有效控制殘余應(yīng)力水平是提高石油套管性能的重要手段。
本文依據(jù)傳熱學(xué)原理,采用有限元分析方法,利用大型非線(xiàn)性有限元分析軟件ABAQUS,建立了石油套管熱處理過(guò)程的有限元計(jì)算模型,計(jì)算模型充分考慮了材料相變因素和套管熱處理過(guò)程中的熱
2、邊界條件。利用該模型,首先模擬計(jì)算了石油套管熱處理全過(guò)程(淬火、回火以及冷卻過(guò)程)的殘余應(yīng)力的變化規(guī)律;其次,針對(duì)不同的工藝參數(shù)對(duì)熱處理過(guò)程的殘余應(yīng)力進(jìn)行模擬計(jì)算,通過(guò)比較分析,確定影響殘余應(yīng)力的主要因素,獲得最佳工藝方案。
通過(guò)對(duì)N80級(jí)石油套管和BT100H級(jí)石油套管計(jì)算得出:在淬火過(guò)程中的冷速對(duì)淬火殘余應(yīng)力有影響,當(dāng)冷速增大時(shí),淬火殘余應(yīng)力有所減小。材料本身的熱傳導(dǎo)率能夠在一定程度上對(duì)殘余應(yīng)力產(chǎn)生影響,通過(guò)對(duì)N80級(jí)
3、和BT100H級(jí)比較可知,材料的熱傳導(dǎo)率越大,淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力越小?;鼗疬^(guò)程中,回火溫度的設(shè)定對(duì)減小殘余應(yīng)力作用很大,而回火保溫時(shí)間對(duì)減小殘余應(yīng)力效果并不明顯?;鼗鸷蟮目绽溥^(guò)程能夠進(jìn)一步減小殘余應(yīng)力。經(jīng)比較得出最佳工藝方案為:對(duì)于N80級(jí)石油套管,淬火溫度為870℃,內(nèi)噴水流量為700m3/h,外淋水流量為2300m3/h,冷卻速度為56℃/s,水溫恒為40℃;回火溫度為660℃,保溫時(shí)間為3600s;保溫后放置在自然空氣中冷卻至室溫
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