水力喷砂射孔时滚筒卷绕段连续油管的冲蚀研究

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连续油管第一次出现,是在20世纪中期。和常规的螺纹连接的油管相比,它的优点是能够带压作业,且作业高效迅速。而且由于它的适用性较强,连续油管作业迅速的被应用于油气田作业的各个方面。基于连续油管的大量使用,而它在使用过程中发生的冲蚀破坏,对整个连续管作业有着极大的影响,严重的冲蚀破坏甚至会造成现场事故的发生。同时,在使用连续油管进行水力喷砂射孔作业时,连续管内有用于射孔的高速混砂液,该液体在连续管内的运动无疑会与管的内壁发生接触,这种频繁大量的接触,更易导致冲蚀破坏的产生。在前人的研究基础上,结合工程实际,本文针对水力喷砂射孔时滚筒卷绕段的连续油管的冲蚀破坏进行了研究。本文首先就连续油管和水力喷砂射孔时的工况做了一些简介,接着综述了国内外的学者对冲蚀的一些研究,发现他们对冲蚀的研究主要分为理论研究和实验研究两种。理论研究主要是提出一些冲蚀破坏的预测模型,以及对冲蚀破坏形式的研究。而实验的研究大多数是针对具体的问题进行的,他们分析该问题的因素包括材料类型、冲蚀速度、冲蚀角度、混砂度以及复合涂层材料等。其中关于连续油管的冲蚀有许多人做过了研究,但是水力喷砂射孔滚筒卷绕段连续油管屈服时的冲蚀,根据查阅的资料,到目前为止还没有人做过研究。而且,卷绕在滚筒上的连续油管是处于一个弯曲的状态的,当卷绕的半径过小时,极有可能在卷绕时,就会导致连续管的部分位置的应力超过它的弹性区域,进入屈服。在这种情况下,水力喷砂射孔时,滚筒卷绕段的连续管更易发生冲蚀破坏。根据这些条件和结果,提出了本文研究的方向是对水力喷砂射孔时滚筒卷绕段连续油管的冲蚀研究。其次,对有限元软件ANSYS进行了简介,并根据研究的方案,使用了ANSYS有限元仿真模拟,建立简单的冲蚀模型,同时结合实际的喷砂射孔时的工况参数,选择了合适的分析方法,以及分析中需要设置的单元属性、材料参数和网格类型,对模型进行了简化,然后分别就不同入射角度、颗粒直径和初始速度的小球对靶板的冲蚀破坏进行了仿真和分析,得出了一些有意义的结论。最后,通过实际的连续油管水力喷砂射孔工况,设计了实验。根据查阅得到的资料,简要的设计了式样装置。再由四点弯曲实验,结合实际的加载,简化、优化设计了实验的夹具以及试样。同时,结合实验装置设计了夹具与冲蚀室连接的结构。并将设计好的夹具相关了零部件制作出了工程图。通过本文对冲蚀的研究。验证了滚筒卷绕段的连续管的屈服对冲蚀有影响。通过不同的入射角度、粒径和初始速度下冲蚀的仿真分析,从微观层面更加详细的了解了一些因素对冲蚀的具体影响。并通过进一步分析,得出了一些有意义的结论,对指导连续油管的现场作业和提高连续油管的使用寿命具有一定的参考价值和现实意义。
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