石油套管熱處理過程殘余應(yīng)力的有限元分析.pdf

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，對石油套管的質(zhì)量和性能的要求是十分嚴格的。石油套管在熱處理過程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而殘余應(yīng)力的存在會嚴重降低套管的性能。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，利用大型非線性有限元分析軟件ABAQUS，建立了石油套管熱處理過程的有限元計算模型，計算模型充分考慮了材料相變因素和套管熱處理過程中的熱

2、邊界條件。利用該模型，首先模擬計算了石油套管熱處理全過程（淬火、回火以及冷卻過程）的殘余應(yīng)力的變化規(guī)律；其次，針對不同的工藝參數(shù)對熱處理過程的殘余應(yīng)力進行模擬計算，通過比較分析，確定影響殘余應(yīng)力的主要因素，獲得最佳工藝方案。
　　 通過對N80級石油套管和BT100H級石油套管計算得出：在淬火過程中的冷速對淬火殘余應(yīng)力有影響，當冷速增大時，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殘余應(yīng)力產(chǎn)生影響，通過對N80級

3、和BT100H級比較可知，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^程中，回火溫度的設(shè)定對減小殘余應(yīng)力作用很大，而回火保溫時間對減小殘余應(yīng)力效果并不明顯?；鼗鸷蟮目绽溥^程能夠進一步減小殘余應(yīng)力。經(jīng)比較得出最佳工藝方案為：對于N80級石油套管，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℃，保溫時間為3600s;保溫后放置在自然空氣中冷卻至室溫