AG旗舰厅科技首席照料兼研究院院长郑子琼博士第九届中国页岩气生长大会现场讲话（下）——新型长寿命碳钢液力端质料
宣布时间：2020-01-20 浏览量：649
上一讲我们谈到了页岩油气的生长速率主要借助于水平井手艺和分段压裂手艺的应用。水平井的长度从几百米到了近6千米 ，而压裂也从几段到了60多段 ，理论上若是不思量回报率的话还可以越发多的段数。而压裂我们一样平常讲的是将压裂液（水、油、二氧化碳等都可以）预先加压后打入油气井 ，使其在井下设计压裂的地方形成更高压 ，进而将地层压裂 ，形成主裂痕以及周边各人常说的体积裂痕。为了使得压裂液能够乐成携带大宗砂粒打入裂痕成为支持“剂”（前言） ，以及付与压裂液其他功效如酸化地层、增大流动性、镌汰摩阻等功效 ，压裂液中会有州差别的化学添加剂放入。
压裂车就是用来将压裂液从地表的压力增添到可以使地层破碎的压力并将压裂液送到地下需要压裂地层的工具。车上的动力端在柴油机或者电的驱动下发动安顿在液力端里的柱塞运动 ，在液力端内将压裂液吸入 ，加压再泵出压裂管汇。压裂管汇搜集多辆压裂车倾轧的高压压裂液 ，一起送到井内实验压裂施工。因此液力端的内腔要遭受从压裂液被吸入时的大气压力到压裂所需高压的压力转变。这个加压历程是在几百毫秒内完成的 ，因此液力端内腔一直处于快速大幅度加载卸载的周期载荷。这种受力状态被称为应力疲劳载荷 ，这会使在质料外貌的细小瑕疵逐渐扩展形成半圆裂痕最终扩展到质料另外一个外貌 ，成为杀绝性破损。压裂液中携带的种种化学药剂包括酸 ，以及高速运动的支持剂会加速这些小型裂痕的扩展速率 ，造成液力端在事情几百个事情小时后就形成较大裂痕而不可继续使用。
我们做过许多液力端寿命剖析 ，发明液力端的破损基本上都是在相贯线外貌形成小型裂痕后 ，裂痕逐渐向液力端体内扩展造成的最终破损。若要提高液力端寿命 ，在想法杜绝外貌瑕疵的同时还要提高质料抗裂痕扩展的性能 ，即断裂韧性的提高。北美已有近7成的液力端质料换成了不锈钢 ，主要缘故原由就是不锈钢的断裂韧性很是高 ，又抗侵蚀。可是不锈钢的本钱也会横跨许多。在既提高质料抗破碎能力又不大幅度提高质料本钱的想法驱动下 ，AG旗舰厅科技与质料专家合作研发了一种新型长寿命碳合金钢液力端质料。此文作一简朴先容。
上图中显示一样平常液力端的破损是从相贯线最先的 ，往往是小型裂痕泛起后在周期性疲劳应力以及酸化作用下逐渐扩展造成最终破损。我们研发新质料的主要精神集中于在抗拉强度不镌汰的条件下提高其断裂韧性。通过近两年的研发 ，我们获得了这种新碳合金钢质料 [下图]。这种质料的抗拉强度和屈服强度比现有的4330碳钢略有提高 ，但断裂韧性却提高了一倍以上。虽然断裂韧性与不锈钢平分秋色 ，但本钱却比不锈钢低许多。
下图是一个X光电子扫描剖析 ，上面的两张照片是4330碳钢 ，下面是新的合金碳钢 ，各人看到新质料匀称度要好许多。
上图显示在4330这种质料内里险些检测不到奥氏体剩余量 ，而两种新开发的碳合金钢内里奥氏体剩余含量可以抵达17%以上。这种奥氏体提高了质料抗侵蚀的能力 ，同时也提高了其抗裂痕扩展的能力。
上图是裂纹侵蚀扩展（在裂痕受到拉伸应力的工况下放入侵蚀液体 ，视察并计量在种种时间时裂痕的长度）的试验 ，上面的是新质料 ，下面的是4330质料。在牢靠的应力情形和同样的界线条件情形下 ，上面质料裂纹只扩展到2.75mm ，而下面的扩展到了3.15mm。这些细小差别所带来的寿命是非相差极大。
上图是应力侵蚀实验效果的集成汇总。取决于实验的界线条件 ，如若裂痕扩展实验是在牢靠裂痕启齿条件下举行的 ，裂痕将会在最先时扩展较快。在裂痕尖端距离缝口越来越远时 ，裂痕扩展速率越来越低最终阻止或者到了扩展速率可以忽略的条件�？赏ü庵质匝槔幢日詹畋鹬柿系目沽押劾┱鼓芰�。上图显示010CY碳合金钢初始扩展速率最低 ，并且一直以大大低于4330碳钢的裂痕扩展速率。因此是一个高性能质料。
上图是新研发的两种碳合金钢质料与现有的4330碳钢力学性能比照。这些数据证实010CY碳合金钢是一个高性能质料。现在使用这种新质料造出的液力端已经在现场举行试验使用。以现在使用的效果看 ，在与原碳钢液力端相同的使用条件下较量 ，已经比原碳钢液力端寿命提升了50%以上 ，并且还在继续使用。
凭证现在的试用效果 ，这种质料所带来的性价比已经高于4330碳钢。我们希望能够通过使用新质料使液力端寿命大大提高 ，而在本钱方面只有很小的提高 ，为我们的客户提供提高的使用价值。
