均匀腐蚀油管剩余强度ABAQUS有限元分析

油管腐蚀问题日益严重,是影响油田生产安全的主要因素之一。其中,均匀腐蚀是导致油气管道失效的主要形式,但对于油管的腐蚀评价难以得出明确、直接的评价标准。因此,应用ABAQUS软件建立了20种均匀腐蚀损伤油管三维模型,模拟并得到了88.9mm油管均匀腐蚀缺陷深度、位置、环向宽度、轴向长度对油管剩余强度的影响规律。研究结果表明:均匀腐蚀深度增加,油管剩余强度快速减小,均匀腐蚀深度0.5～2.0mm范围内,外壁均匀腐蚀油管剩余强度下降约41 MPa,内壁均匀腐蚀油管剩余强度下降约33MPa;与外壁均匀腐蚀相比,内壁均匀腐蚀更危险;当均匀腐蚀环向宽度逐渐增加(100—140mm)时,油管剩余强度几乎处于平稳状态,整体上有轻微下降,当油管均匀腐蚀轴向长度增加(100—140mm)时有相同的规律性特点。     

油管与接箍接头的缝隙腐蚀评价

台阶面腐蚀是油管和接箍接头腐蚀失效的重要形式,进而在高压下使油管渗漏。采用腐蚀失重、形貌分析和电化学测试,研究了FeCl3溶液和油田采出液中某油田油管钢和接箍钢的缝隙腐蚀敏感性,结果表明,油管钢抗缝隙腐蚀能力比接箍钢低,缝隙腐蚀产生后,交流阻抗增加一个高频容抗,缝隙内呈现点蚀特征,油管和接箍接头台阶面以油管的缝隙腐蚀为主。随着温度升高,缝隙腐蚀程度先增大后减小。     

某油田N80钢油管腐蚀失效的原因

通过对某油田使用的N80钢油管的化学成分、显微组织、腐蚀形貌和腐蚀产物进行分析,探讨了该油管腐蚀失效的原因。结果表明:该油管的主要腐蚀形式为局部腐蚀,外壁主要表现为大面积的点蚀,内壁主要表现为涂层破坏引起的严重局部腐蚀;腐蚀介质中的O2、Cl-和S2-导致油管发生吸氧腐蚀、氯盐腐蚀和硫化物腐蚀,其中Cl-为主要的腐蚀介质;S2-和Cl-的协同作用会加速腐蚀产物膜的破坏,从而导致腐蚀加剧。     

CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中油管钢腐蚀疲劳裂纹扩展性能研究

油管服役环境中常存在Cl~-、CO_2等腐蚀性介质,它们会导致油管壁面产生点蚀坑。这些点蚀坑成为受交变载荷油管发生疲劳损伤的疲劳源。以现场用油管钢13Cr为研究对象,选取CO_2-Cl~-腐蚀介质为环境工况,在标准CT试样上进行腐蚀疲劳裂纹扩展实验。分别测量大气环境下、含有Cl~-溶液中及含有CO_2-Cl~-共存环境下的油管钢13Cr的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。对比分析这三种腐蚀工况下油管钢13Cr疲劳裂纹扩展速率的变化规律。结合断口形貌分析,探索CO_2-Cl~-共存腐蚀介质中,油管钢13Cr的腐蚀疲劳失效机理。     

自蔓延高温合成氧化铝陶瓷内衬J55钢油管的性能

采用离心自蔓延高温合成法在J55钢油管内表面制备了氧化铝陶瓷层,得到陶瓷内衬复合油管,研究了该复合油管的显微组织、耐腐蚀性能、抗结垢结蜡性能、力学性能和内衬层的结合性能,并与J55钢油管进行了对比分析。结果表明:该复合油管基体的显微组织与J55钢油管相似,但晶粒得到了细化;复合油管的抗拉强度和承压性能与J55钢油管的基本相近;复合油管内表面的耐腐蚀性能和抗结垢结蜡性能优异,腐蚀后内表面形貌未发生明显变化,腐蚀质量损失率约为0.09%,远小于J55钢油管的51.11%,结垢结蜡试验后管内沉积物较少,质量增加率仅为0.45%,远小于J55钢油管的31.5%;复合油管的最大冲击功为73.5J,最小弯曲半径为11.47m,其陶瓷层和基体结合强度为36.68MPa。     

移动式油管纵横缺陷检测系统的研制

根据磁性无损检测基本原理，对油管纵横向缺陷检测实现方法进行了研究，研制出移动式油管纵横缺陷检测系统。该系统在油管局部实施轴向和周向磁化，油管由电机主轴带动旋转，检测探头紧贴油管直线运动，从而实现对腐蚀坑、腐蚀孔等横向缺陷和杆状损伤、劈缝等纵向缺陷的综合检测。     

激光表面改性油管与接箍磨损配合研究

油田机采井抽油杆接箍与油管在工作状态下构成滑动摩擦副,同时还承受介质腐蚀和交变载荷,产生磨损、腐蚀和疲劳断裂失效。为了解决有杆泵井的管杆偏磨问题,采用5 kW横流CO2激光器对油管内壁和接箍表面进行强化处理,并进行摩擦磨损试验。结合激光强化层的组织分析,对比研究不同油管接箍构成的摩擦副的摩擦磨损性能。结果表明:激光相变硬化油管与激光熔覆Ni35接箍的配合效果比较理想;在摩擦磨损过程中,管杆间磨损以磨粒磨损为主。     

高压油管开裂原因分析

发动机高压油管在运行大约200小时出现漏油,对漏油部位的断口进行分析,结果表明:高压油管开裂原因主要是由于油管内壁残存含有着P、S腐蚀性元素[1]的腐蚀物质,产生腐蚀作用形成了腐蚀坑,腐蚀坑可以起到微观缺口的作用,提高局部应力水平[2],降低了抗疲劳性能,至此在腐蚀坑部位萌生了裂纹源,高压油循环往复应力作用下促使裂纹不断由油管内壁向外壁扩展,形成了与高压油流向平行的纵向裂纹。     

外加厚P110钢级油管的断裂原因

某致密砂岩气井中规格为?73.02 mm×5.51 mm的外加厚P110钢级油管发生断裂,通过宏/微观形貌观察、化学成分分析、显微组织观察以及力学性能测试等方法分析了油管断裂原因。结果表明：断裂外加厚油管位于油管柱上部,承受较高的轴向拉应力,且其材料对硫化物应力腐蚀开裂敏感性较高,而气井采出气中存在的H₂S为油管提供了硫化物腐蚀环境,使得外加厚油管发生硫化物应力腐蚀开裂;油管的硬度较高,且组织内存在较大的硫化物夹杂,促使油管的断裂。     

某油井P110油管腐蚀穿孔原因

西部油田某油井油管发生严重腐蚀甚至穿孔。通过宏观形貌和显微组织观察、化学成分分析、硬度测试、拉伸和冲击性能测试、腐蚀产物检测等方法对油管失效原因进行了分析。结果表明:油管在含Cl^-、H2S、CO2酸性环境下发生了均匀腐蚀和局部腐蚀。均匀腐蚀由H2S-CO2-H2O(Cl^-)体系引起的析氢腐蚀所致;而CaCO3沉积造成的微电偶效应以及Fe^2+与地层水中Cl^-的水合作用导致了油管的局部腐蚀穿孔。建议油井管材采用具有一定抗硫性的P110-3Cr钢或耐蚀性能更优的钢,并添加缓蚀阻垢剂进行防护。     

超级13Cr油管钢在含Cl-溶液中的腐蚀行为及其表面腐蚀膜的电化学特性

在室温不同质量分数(5%～35%)NaCl溶液中对超级13Cr油管钢进行浸泡腐蚀试验,研究了该钢的腐蚀形貌、腐蚀速率、腐蚀产物及其表面腐蚀膜的电化学特性。结果表明:试验钢在NaCl溶液中具有较好的耐蚀性;随NaCl质量分数的增加,其耐蚀性降低,当NaCl质量分数大于25%时变化尤为显著,腐蚀形式由局部腐蚀发展为全面腐蚀,腐蚀产物主要为Fe_3O_4,腐蚀膜疏松不致密;腐蚀膜的极化曲线存在钝化区,具有钝化特性,在低频区的电极过程为扩散控制,在高频区则为电荷传递控制,其阻抗由一个时间常数确定。     

预膜时间、腐蚀温度和介质流速对油井管缓蚀剂缓蚀性能的影响

采用咪唑啉类缓蚀剂对P110S油管钢进行预膜处理和腐蚀试验,研究了预膜时间(0.54h)、腐蚀温度(30120℃)和介质流速(212m·s~(-1))对缓蚀性能的影响。结果表明:随缓蚀剂含量增加和预膜时间延长,缓蚀率增大,油管钢表面成膜效果提高;缓蚀剂质量浓度为300mg·L~(-1),预膜时间为2h时的缓蚀效果较好;随腐蚀温度升高,缓蚀剂的缓释率降低,预膜2h试样的耐腐蚀性能先降低,当温度升到80℃时耐腐蚀性最差,缓蚀剂开始失效;随介质流速增大,预膜2h试样的腐蚀速率逐渐增大;当介质流速高于10m·s~(-1)时,预膜试样发生严重腐蚀,该缓蚀剂不再适用。     

新型防腐蚀油管接箍的研制

以油管端部螺纹腐蚀的防治为实例,介绍了一种新型防腐蚀油管接箍的基本原理与应用效果,介绍了具体的研制过程,包括安装、使用、设计过程中应该考虑的一些关键问题,并将材料的工艺防腐蚀等新方法应用于新型防腐蚀油管接箍。通过大量的实践检验和技术数据对比,证明此新型防腐蚀油管接箍具有经济、高效的特点。     

油管的生产封隔器腐蚀穿孔模拟分析

油管的生产封隔器是油田采油工艺中重要的井下工具之一,广泛地应用于注水、采油、压裂及酸化等工艺措施之中。然而近几年,油管的封隔器失效事故频发,为了了解其失效的原因,利用ANSYS/Fluent软件对生产封隔器腐蚀穿孔情况进行建模仿真分析,由仿真结果可知,封隔器管壁旋合处无错扣时油管壁和封隔器管壁均没有产生冲蚀现象,然而在旋合处错扣现象发生时,偏低和偏高的两端均出现了回流现象,封隔器受到反复冲蚀,以至于造成腐蚀穿孔失效。这与实际生产情况一致。该方法为油管的封隔器失效机理诊断提供了有效的途径。     

内衬油管接箍的研制

针对常规油管接箍腐蚀结垢严重的问题,研制了一种新型的内衬油管接箍,可以达到密封螺纹和填充接箍本体预留空间的双重作用,解决了传统接箍易腐蚀、易滞留异物的问题。通过优化内衬环设计,不仅简化了内衬方式,还提高了内衬环的密封性。通过现场应用,起到了较好的防腐效果。     

油井管杆材料配对腐蚀试验研究

针对有杆泵井普遍存在的油管和抽油杆偏磨腐蚀问题,对2种管材料N80和J55,3种杆材料20CrMo,35CrMo和45#钢分别配对,在不同矿化度的污水和温度条件下进行腐蚀试验,测试了不同管杆材料配对时的腐蚀速度,获得了温度和矿化度对管杆配对腐蚀的影响规律。结果表明:配对试样的腐蚀速度均随污水矿化度的升高而增加;在较高矿化度污水中,温度越高腐蚀越严重,在中低矿化度污水中,温度较低时腐蚀较严重;35CrMo/J55配对在各种温度和矿化度条件下抗腐蚀性能均较好。     

低摩擦速度下CT80油管摩擦磨损性能

研究采油过程中CT80油管与电缆在0.01～0.13 m/s速度下对摩时的摩擦磨损行为及其对油管剩余强度的影响。采用扫描电子显微镜及金相显微镜对油管组织、磨损表面及截面特征进行表征。结果表明:CT80油管的磨损量、壁厚减薄量与摩擦因数随摩擦速度增加先增大,速度达到0.07 m/s后趋于平稳;磨损率随着摩擦速度增加先增大后降低,最大磨损率对应的摩擦速度为0.07 m/s;采油过程中磨粒磨损与腐蚀磨损共同作用于油管,随着摩擦速度升高磨粒磨损造成的损失降低,腐蚀磨损造成的损失升高;随着摩擦速度增加油管的剩余抗挤毁强度以及剩余抗内压强度先降低后趋于平稳。     

细长管孔的旋拉削

油管是液压系统中的辅助件,管道孔壁的清洁与否,直接影响油路系统工作介质的清洁度。我厂生产的100吨万能材料试验机,油路系统压力为240kgf/cm~2,采用45~#无缝钢管作为管材,管长有的达4m多,孔径分φ8、φ11mm两种。由于管理不善,大批油管的孔壁发生严重腐蚀,出现锈斑、氧化脱落等。针对这一情况,我们搞了油管孔壁旋拉削新工艺,使大批无法使用的高压油管获得了新生。     

某特种液压缸内置磁致伸缩位移传感器发讯问题故障分析

针对某特种液压缸内置磁致伸缩位移传感器发讯异常问题，使用ANSYS Electronics对磁环通过油管后的径向磁感应强度分布进行了仿真分析，同时，结合试验研究得出磁环磁感应强度经不同相对磁导率油管作用下的磁感应强度，仿真与试验结果基本一致。通过故障分析得出液压缸中油管铁磁性影响磁环磁感应强度分布，导致传感器发讯异常。分析油管的加工工艺，得出油管产生铁磁性的原因。通过优化油管加工工艺方法，消除了油管的铁磁性，解决了位移传感器发讯异常问题。     

漏磁场法测量油管壁厚的研究

在石油开采中,油管内壁杆状磨损和内外壁大面积腐蚀引起的壁厚减薄缺陷是造成油管失效的主要原因之一,本文提出了一种油管壁厚漏磁场测量方法,结果表明,该方法具有精度和灵敏度高,可在线测量等特点,为表面受油泥或其它非导磁性材料覆盖的旧油管的现场检测提供了新的方法与手段。