温度对超级13Cr油管钢慢拉伸应力腐蚀开裂的影响

采用慢应变速率拉伸(SSRT)应力腐蚀开裂试验方法,通过σ-ε曲线和SEM等分析了超级13Cr油管钢抗拉强度、延伸率、断裂时间、应力腐蚀开裂敏感性指数(kscc)和断口形貌;研究了温度对其在3.5%NaCl溶液中应力腐蚀开裂(SCC)的影响。结果表明:当温度<60℃时应力腐蚀的程度较轻;当温度>80℃时应力腐蚀的程度严重;随温度的升高,超级13Cr油管钢的抗拉强度降低,延伸率减小,断面收缩率减小,断裂时间减小,应力腐蚀开裂的倾向性增大,应力腐蚀开裂敏感性指数kσ和kε均呈现增大的趋势,且kε比kσ增大的趋势更显著;温度对超级13Cr油管钢的塑性变形性的影响比对抗拉强度的影响更大。     

超级13Cr油套管在含H2S气井环境下的腐蚀试验

近20年来,在国内外H₂S/CO₂共存环境、高含Cl^-的深井或复杂水平井中,为保障井筒寿命并控制耐蚀合金管柱成本,超级13Cr不锈钢油套管的应用逐步增多,而ISO等标准中对于超级13Cr油套管的适用条件规定严格,特别是在超级13Cr的抗硫化物应力开裂影响因素方面,不同学者研究认识不统一。为此,模拟陕北某区块含H₂S气井腐蚀环境,利用电化学系统和高压腐蚀测试系统,评价了超级13Cr油套管的电化学和抗硫化物应力开裂能力。结果表明,在模拟环境下的超级13Cr电化学腐蚀速率为0.01 mm/a,而传统13Cr的腐蚀速率为0.26 mm/a。同时在抗硫化物应力开裂试验中,加载80% AYS和90% AYS下的超级13Cr没有出现NACE标准溶液试验下的开裂问题。该结果为类似气井环境下的超级13Cr应用提供了一定的参考。     

超级13Cr钢在蒸馏水和3.5wt%NaCl含砂流体中的冲蚀实验研究

大型储层改造过程中,高速含砂流体引起的冲蚀是管柱失效的重要原因之一。利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,以蒸馏水和3.5 wt%Na Cl为模拟溶液,对比研究了超级13Cr钢在含砂液固两相流体中的冲蚀速率随主流速度和压裂排量的变化规律。分析了Cl-1对超级13Cr钢的冲蚀的加速作用机理。研究表明,对于89mm×6.45 mm油管压裂,当排量低于2.2 m3/min时,Cl-1加速超级13Cr钢冲蚀速率作用不够明显;当排量在2.2~2.75 m3/min时,Cl-1使得电化学腐蚀加剧,导致总的冲蚀速率急剧增加;当排量大于2.75 m3/min时,冲蚀速率主要由冲刷流体产生及机械作用主导,Cl-1的影响开始降低。     

超级13Cr油管在不同材料套管中磨损对比试验

对P110与TP140 2种不同的套管材料与超级13Cr油管材料的磨损性能进行了试验研究。通过对失质量、摩擦因数和往复磨损效率的对比研究,揭示了超级13Cr油管材料与不同套管材料的磨损特性。试验结果表明,TP140钢由于硬度比P110钢高,所以在单位时间内对超级13Cr钢造成的磨损更为严重。在恒定介质中,2对摩擦副的摩擦因数随着接触力和摩擦频率的改变变化不大。分析磨损表面形貌,结果表明超级13Cr油管材料表面磨损形貌为片状剥落和犁沟共存。     

超级13Cr钢在含CO2的CaCl2完井液中应力腐蚀开裂行为

采用四点弯曲法实验研究了超级13Cr马氏体不锈钢在1.0MPaCO2、100℃和150℃下,密度为1.318kg/L的CaCl2完井液中的应力腐蚀开裂（SCC）行为;同时研究了溶液中氧含量和少量醋酸对应力腐蚀开裂敏感性的影响。结合动电位极化曲线,考察了材料在不同条件下的腐蚀电化学行为,其结果和四点弯曲法实验结果一致。在150℃不除氧条件下,材料的应力腐蚀开裂最敏感,此时开路电位（Ecorr）处于极化曲线上的第二个活化-钝化转换区域。扫描电子显微镜（SEM）结果显示,超级13Cr马氏体不锈钢以沿晶型方式开裂。     

微观组织对高强度超级13Cr材料性能的影响

为了满足塔里木盆地含CO_2致密砂岩气藏氮气钻完井一体化管柱的需要,中国石油塔里木油田公司与钻杆生产厂家联合研制了一种既满足钻井工况又能满足完井和采气工况的高强度超级13Cr不锈钢油钻杆。为检验该油钻杆的可靠性,开展了管材的机械性能和腐蚀性能室内试验检测对比研究:采用金相显微镜观测得出了该油钻杆金相组织特征;采用拉伸试验机和示波冲击试验机实验测得了该油钻杆材料的基本力学性能;采用高温高压循环流动腐蚀仪实验获得了模拟工况下油钻杆材料的耐腐蚀性能。结果表明,超级13Cr油钻杆金相组织均匀、δ-铁素体含量符合标准要求;拉伸性能达到了S135级钻杆的强度要求,屈服强度达953 MPa;冲击性能优于S135级钻杆,冲击功达165.56 J;在模拟高温、高含CO_2、高矿化度采气工况下油钻杆耐均匀腐蚀和耐点蚀性能良好,而较高的δ-铁素体含量对照样在模拟采气工况下出现严重点蚀,不能满足油田生产要求。结论认为,新研制的超级13Cr油钻杆性能优良,将在塔里木油田氮气钻完井作业中得到充分应用。     

模拟地面集输环境下温度对2205双相钢均匀腐蚀及点蚀行为的影响

针对油气集输管线在CO2和含高浓度的Cl-地层水环境中易发生腐蚀失效的问题,通过腐蚀失重试验和电化学测试分析,研究了2205双相不锈钢在高分压CO2+高矿化度+高浓度Cl-地层水集输管线环境中的腐蚀行为。结果表明:在模拟油田集输管线环境中,升温引起的2205双相不锈钢的均匀腐蚀速率基本不变,整体表现为轻度腐蚀,但由于Cl-的存在,2205双相钢在50 ℃和70 ℃时出现明显的点蚀坑形貌;2205双相钢在3种测试温度下的阳极极化曲线存在明显的钝化区,随着温度的升高,2205双相钢的点蚀电位先升高、再下降,在30~50 ℃,存在一个临界点蚀温度CPT;交流阻抗图谱在50 ℃和70 ℃分别表现出了点蚀诱导期和点蚀发展期的特征。     

压裂过程超级13Cr油管冲刷腐蚀交互作用研究

压裂过程中,高速含砂流体引起的冲蚀-腐蚀协同作用是引起油管、井下工具等设备失效的重要原因之一。利用自行研制的喷射式冲蚀试验装置,以质量分数3.5%的NaCl含砂液、固两相流体模拟加砂压裂液,采用失质量法研究了压裂排量对超级13Cr油管材料的冲刷磨损和腐蚀交互作用。研究结果表明,在质量分数3.5%的NaCl含砂流体中,超级13Cr油管用钢冲刷和腐蚀交互作用可以分为冲刷加速腐蚀和腐蚀加速冲刷磨损2部分。以114.3 mm×6.88 mm油管压裂为例,在液体排量超过2.65 m3/min时,因为冲蚀加速腐蚀和腐蚀加速冲蚀产生的交互作用都明显增大,导致总的冲蚀速率急剧上升;继续增加排量,交互作用开始由冲刷磨损主导,而冲刷加速腐蚀部分产生的交互作用降低。研究结果可为预防油气田压裂过程超级13Cr油管冲蚀提供参考。     

适用于致密气藏钻完井的新型超级13Cr油钻杆管材性能测试

为满足塔里木致密气藏氮气钻完井需求,研制了一种新型高强度超级13Cr油钻杆。采用MTS试验机对新型超级13Cr油钻杆和S135钻杆的强度性能进行了对比测试;采用示波冲击试验机对新型超级13Cr油钻杆和S135钻杆的冲击性能进行了对比测试;采用高温高压釜对新型超级13Cr油钻杆和S135钻杆的耐CO2腐蚀性能进行了对比测试。结果表明:新型超级13Cr油钻杆具有良好力学性能和耐腐蚀性能,其屈服强度937 MPa、抗拉强度976 MPa、延伸率为21.5%、室温冲击功162.82J。其拉伸性能与S135接近,冲击性能明显优于S135;模拟工况下,新型超级13Cr油钻杆气相腐蚀速率0.003 6mm/a、液相腐蚀速率0.039 4mm/a。因此,新型超级13Cr油钻杆既能满足钻井的需要又能满足完井开采的要求,可为含CO2致密砂岩气田氮气钻完井作业提供支持。     

超级13Cr钢冲蚀数值模拟与试验研究

在油气田压裂等储层改造过程中,高速携砂液流动会使管柱壁面受到冲刷腐蚀影响,造成材料流失,威胁井筒安全。为此,结合数值模拟与喷射式冲蚀试验,分析超级13Cr不锈钢材料受冲刷腐蚀影响规律,利用DPM离散相模型追踪固体颗粒撞击材料表面的速度与角度,为研究不锈钢表面受撞击后的抗腐蚀特性提供流体力学参数。研究结果表明,不锈钢材料在含Cl-纯液相介质中能够生成钝化膜以保护基体材料;超级13Cr材料在流速9 m/s常温条件下流动水介质中,开路电位稳定,材料在高速流动液相中具有较强的抗腐蚀能力。当颗粒撞击超级13Cr材料表面后,材料表面钝化膜破裂致使新基体金属暴露于腐蚀介质,部分材料参与电化学反应,同时发生钝化反应与活化反应,而新钝化膜又会受到后续粒子撞击难以生成,材料表面松软且粗糙,由此造成超级13Cr不锈钢再钝化能力降低,抗腐蚀能力不足。研究结果可为油管失效评估及服役寿命预测提供理论依据。     

5Cr套管钢在不同CO2分压下高温高压腐蚀特性研究

为了研究5Cr套管钢在不同CO₂分压下的腐蚀特性,进行了5Cr套管钢高温高压腐蚀失重和高温高压电化学试验,并采用XRD、SEM和EDS等手段对其腐蚀产物进行微观分析。结果表明,在高温高压腐蚀环境下随着CO₂分压从低到高,其表面点蚀坑的深度和直径均无明显变化,而点蚀速率则出现逐渐减小的趋势;其腐蚀产物膜由Cr(OH)₃、FeCO₃和CaCO₃共同组成,且随着CO₂分压的升高Cr的富集量逐渐增加;在电化学测试中,随着CO₂分压的不断升高,5Cr套管钢表现出半钝化特征,产物膜逐渐增厚且致密,且极化电阻逐渐增大,阳极反应受到抑制,电化学反应阻力增大,其抗局部腐蚀能力不断提高。     

13Cr油管残余应力研究

为了探究残余应力对13Cr油管性能的影响,采用环切法和盲孔法对13Cr油管的残余应力进行了研究。结果显示,Φ88.9 mm×6.45 mm 13Cr油管周向平均残余应力超过200 MPa,轴向平均残余应力超过140 MPa,随着时间的推移,油管残余应力降低,端部残余应力释放更快。结果表明,盲孔法测得的残余应力具有较高的可靠性,环切法可以宏观反映油管环向残余应力,影响因素少,数据准确,但却无法反映轴向残余应力大小,盲孔法弥补了环切法这一缺点,但因盲孔法影响因素多,实际操作复杂,建议作为残余应力辅助测试手段。     

油套管接箍拧接机工作特性探讨

油套管接箍拧接机是油套管质量控制的重要设备之一。主要从液压系统、主背钳上卸扣控制、扭矩控制、圈数控制、整体计算机显示输出5个方面综述了拧接机原理,并针对实际拧接过程中出现的粘扣、过扭矩和接箍周向划痕等问题提出了解决方案。改进拧接设备和拧接工艺后,采用同规格特殊扣型套管、同一台拧接机、镀铜接箍进行100次接箍拧接试验。结果表明,拧接质量问题大为减少,有效地保证了拧接质量。     

某国产凝汽器不锈钢焊管耐点蚀性能研究

通过对某国产TP304L不锈铜焊管腐蚀泄漏事件原因的分析,以及其金相组织、化学成分、腐蚀加速试验和电化学试验的对比,研究了国产TP304L不锈钢焊管与德国进口TP304不锈钢焊管耐点蚀性能的差异.结果表明,国产TP304L不锈钢焊管显微组织存在孪晶,晶粒较大,细化均匀性较差,化学成分中耐点蚀的Mo含量较低,而增加氯脆倾向性的P含量较高,同时,自腐蚀电位较高,极化曲线无明显钝化区且钝化电流密度较大,总体性能劣于德国TP304不锈钢焊管.     

含Cr钢的CO_2腐蚀研究进展

在油气开采过程中普遍存在石油管材CO2腐蚀破坏的情况,目前对于CO2腐蚀防护最有效的方式仍是使用耐蚀合金,含Cr钢是油田常用的一类耐蚀管材,对于含Cr钢的腐蚀研究一直是油气田用户关注的焦点。根据油气田CO2腐蚀的特征及选材,介绍了低Cr钢、13Cr/超级13Cr不锈钢、双相钢等油田常见的几种耐蚀管材的CO2腐蚀研究进展,并提出了含Cr钢开发和研究存在的问题,为油气田耐蚀管材的选择提供一定的参考。     

超级15Cr马氏体不锈钢超深超高压高温油气井中的腐蚀行为研究

通过模拟油田超深超高压高温油气井腐蚀环境,研究超级15Cr马氏体不锈钢管材抗均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂（SCC）及酸化液腐蚀的性能。研究结果表明：随着井深的增加,超级15Cr马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率逐渐增大,且气相的均匀腐蚀速率要大于液相的腐蚀速率,但不论在液相还是在气相腐蚀条件下,均匀腐蚀速率均远小于0.1 mm/a;由于超级15Cr马氏体不锈钢有较高的Mo、Ni含量,在模拟腐蚀环境中未出现明显点蚀现象,具有良好的抗SCC性能;循环酸化腐蚀试验后试样管体和接箍部分没有出现点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀迹象。通过经济性分析并综合考虑其抗腐蚀性能及油气井的经济性寿命,超级15Cr马氏体不锈钢可以作为超深超高压高温油气井油管材料使用。