油井管接口螺纹力学行为和磁化过程研究

论文摘要

油井管是石油钻采工业中必不可少的重要物资,其质量安全关系着整个采油作业的顺利进行,无论是新产品出厂及使用前还是旧产品的修复过程中都需要进行无损检测。接口螺纹部位是油井管最薄弱的环节,油井管表面损伤、滑脱、断裂裂纹往往发生在该处。选取P110油管接头为研究对象,在弹塑性力学的基础上对处于机紧状态下相互啮合的内外螺纹各扣牙的力学行为进行分析,通过建立数学模型的解析法和有限元分析的数值模拟方法,对该接头内外螺纹各扣牙表面的受力情况及力学分布规律进行研究,分析表明各螺纹牙上受力分布很不均匀,两端的几个扣牙受力最大,危险首先发生在该扣牙处,因此,对油井管的检测重点应在接口两端数牙。选择磁化方式及参数,采用有限元分析方法对P110油管接口螺纹区域的磁场分布进行模拟,在接口顶端加10 mm厚的垫块同时线圈长度往油管内部延长15 mm后,得到了竖直方向的沿螺纹各扣牙表面均匀分布的电磁场,以检测螺纹表面的横向裂纹;同时对油管接口部位中心导体法磁化过程进行模拟,得到了以导体为中心,沿螺纹牙走向分布的环形磁场,以检测螺纹表面的纵向裂纹。此外,为研究缺陷的尺寸参数对漏磁场的影响,以磁偶极子理论为依据,建立了螺纹表面裂纹以及近表面孔洞型缺陷的磁荷模型,分析了缺陷各尺寸参数对漏磁场的影响,得出在裂纹深宽比比较大的情况下,裂纹深度越大或裂纹宽度越大,漏磁场信号均越大,缺陷越容易检出,而且,缺陷的检出存在一定的范围;对于孔洞型缺陷,缺陷尺寸越大,距离表面位置越近,漏磁信号越明显,缺陷越容易检出,缺陷的检出同样存在一定的检测范围。由于油井管螺纹表面大多为沿螺纹牙走向分布的横向裂纹,采用有限元分析法重点对螺纹表面根部横向裂纹的漏磁场分布进行了模拟,分别建立了不同位置、不同尺寸参数的裂纹,对缺陷周围的漏磁场进行模拟,得出在模拟过程中施加的磁化电流作用下,只能检测裂纹中心距离螺纹根部0.45 mm之内的裂纹。裂纹大小、形状均对漏磁信号有重要的影响,裂纹越大越容易检出,在距离螺纹牙底0.45 mm处的裂纹,当深度为0.6 mm时,宽度小于0.6 mm的就可能造成漏检。此外,裂纹深宽比或者宽深比在1/2和1/1时,漏磁信号最明显,这种形状的裂纹最容易被检出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 油井管概述
• 1.2 常用油井管无损检测方法
• 1.3 国内外油井管接口螺纹无损检测技术
• 1.4 主要研究工作及目标
• 第二章 油井管接口螺纹机紧状态的力学行为
• 2.1 P110 油管主要参数
• 2.2 油管本体受力分析
• 2.2.1 油管所受外部压力的计算
• 2.2.2 油管所受内部压力的计算
• 2.2.3 油管管体自重产生的轴向力的计算
• 2.3 油管接口螺纹机紧状态的受力分析
• 2.3.1 弹塑性力学屈服条件及研究所做的假定
• 2.3.2 接口螺纹各扣牙受力状态的数值计算
• 2.3.3 螺纹机紧状态力学行为的有限元模拟
• 2.4 各扣牙受力分布规律研究
• 第三章 油井管接口螺纹区域表面损伤
• 3.1 油井管服役条件
• 3.2 螺纹接口损伤形式
• 3.2.1 粘扣
• 3.2.2 泄漏
• 3.2.3 滑脱
• 3.2.4 断裂
• 3.3 小结
• 第四章 油井管螺纹区域的磁化
• 4.1 漏磁检测技术
• 4.2 磁化方式
• 4.3 磁化强度选择
• 4.4 油管接口螺纹部位常见的缺陷及相应的磁化方式
• 4.4.1 电磁场有限元分析理论
• 4.4.2 线圈法磁化接口螺纹区域
• 4.4.3 中心导体法磁化接口螺纹区域
• 第五章 油井管螺纹区域缺陷的漏磁场计算
• 5.1 磁偶极子模型
• 5.2 油井管接口螺纹区域裂纹的漏磁场计算
• 5.2.1 螺纹区域裂纹缺陷磁荷模型
• 5.2.2 尺寸参数对裂纹缺陷漏磁场的影响规律研究
• 5.3 油井管接口螺纹区域孔洞缺陷的漏磁场计算
• 5.3.1 螺纹区域孔洞缺陷的磁荷模型
• 5.3.2 各参数对孔洞缺陷漏磁场的影响规律研究
• 第六章 油井管接口螺纹区域缺陷的电磁场模拟
• 6.1 油管接口螺纹根部横向裂纹的漏磁场分析
• 6.2 根部横向裂纹尺寸参数对漏磁场的影响规律研究
• 6.2.1 距螺纹牙底不同距离的裂纹漏磁场对比分析
• 6.2.2 不同深度的裂纹漏磁场对比分析
• 6.2.3 不同宽度的裂纹漏磁场对比分析
• 6.3 小结
• 结论
• 一、主要结论
• 二、进一步研究工作建议
• 三、研究工作创新点
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢