套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗方法-編制說明_第1頁
套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗方法-編制說明_第2頁
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文檔簡介

《套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗方法》

(征求意見稿)

編制說明

一、工作簡況

根據(jù)國標(biāo)委發(fā)[2021]41號文“國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會關(guān)于下達2021年第四批推薦性國

家標(biāo)準(zhǔn)計劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計劃的通知”,國家標(biāo)準(zhǔn)《套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試

驗方法》以計劃編號20214879-T-469下達,該標(biāo)準(zhǔn)由中國石油集團工程材料研究院有限公

司(原中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院)牽頭編寫,中國石油天然氣股份有限公司塔里

木油田分公司、西安三環(huán)石油管材科技有限公司、中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分

公司、寶山鋼鐵股份有限公司、天津鋼管制造有限公司、西安石油大學(xué)、衡陽華菱鋼管有限

公司、中信泰富特鋼集團股份有限公司等參與編寫,工作組成員包括韓燕、付安慶、徐婷、

白真權(quán)、尹成先、方偉、趙雪會、袁軍濤、龍巖、呂乃欣、李軒鵬、王遠、史東峰、趙密鋒、

楊立華、呂傳濤、齊亞猛、董會、鄭秋艷、楊永昌。任務(wù)分工如下:韓燕負責(zé)對標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)、

大綱、主要技術(shù)條款進行編寫,趙密鋒、楊立華、董會負責(zé)油田現(xiàn)場調(diào)研、資料收集和試驗

介質(zhì)部分的編寫,呂乃欣、李軒鵬、王遠負責(zé)試驗設(shè)備部分的編寫,付安慶、趙雪會、袁軍

濤、龍巖負責(zé)試驗程序部分的編寫,呂傳濤、齊亞猛、鄭秋艷、楊永昌負責(zé)試樣制備部分的

編寫,白真權(quán)、尹成先負責(zé)試樣評定部分的編寫,徐婷、方偉負責(zé)標(biāo)準(zhǔn)試驗報告部分的編寫

呂乃欣和史東峰負責(zé)標(biāo)準(zhǔn)方法的試驗驗證。

項目組從2020年1月~2023年1月,陸續(xù)完成了油田現(xiàn)場調(diào)研、資料收集、試驗驗證

及征求意見稿的起草工作。簡要過程如下:

(1)油田現(xiàn)場調(diào)研:在2020年1月~2020年12月期間,項目負責(zé)人針對國內(nèi)外套管

和油管全尺寸拉伸試驗設(shè)備及方法進行了相關(guān)的資料調(diào)研與交流。項目組成員先后赴塔里木

油田、大港油田、大慶油田、長慶油田等地進行了考察,詳細了解了套管和油管全尺寸拉伸

應(yīng)力腐蝕試驗的需求和工況,對套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究有了深入的認識。

(2)資料收集及試驗驗證:在2020年6月~2021年12月期間,收集并分析了國內(nèi)外

相關(guān)資料。其中包括美國俄亥俄大學(xué)多相流大型環(huán)路試驗設(shè)備、美國塔爾薩大學(xué)兩相流腐蝕

裝置、挪威SINTEF環(huán)路試驗裝置、大慶油田復(fù)合加載多功能試驗裝備,以及西安石油大學(xué)

噴射式?jīng)_蝕試驗裝置等,這些資料的學(xué)習(xí)和掌握為標(biāo)準(zhǔn)的編寫提供了基礎(chǔ)。2021年1月~2022

年12月,開展了多次油套管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究,為標(biāo)準(zhǔn)的編寫積累了實際操作

經(jīng)驗。

2

(3)征求意見稿的編制:2022年1月~2023年1月,啟動本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,按照標(biāo)

準(zhǔn)制、修訂工作程序的要求,成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組。系統(tǒng)分析了我國油田現(xiàn)場的檢驗需求,

對標(biāo)準(zhǔn)中的主要測試內(nèi)容進行了分析,組織工作組成員進行多輪討論后,根據(jù)國內(nèi)目前對套

管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗要求,起草了標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。

二、國家標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定國家標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)以國內(nèi)外先進標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),并考慮國內(nèi)油田現(xiàn)場的具體工況,立足于滿足我國石

油工業(yè)發(fā)展的需要,促進我國套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究的開展。最終按照

GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》要求確定草

案結(jié)構(gòu)框架。

主要技術(shù)內(nèi)容有套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗原理、試驗溶液、試驗設(shè)備、試樣、

試驗程序、試樣評價和對試驗報告的要求。

三、主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告,技術(shù)經(jīng)濟論證,預(yù)期的經(jīng)濟效果(下面內(nèi)容供

參考)

為了驗證標(biāo)準(zhǔn)中主要實驗方法的可行性,編制組與油套管生產(chǎn)廠家、油田現(xiàn)場應(yīng)用單位

共同合作,對標(biāo)準(zhǔn)所列主要項目進行了理論及試驗驗證,結(jié)果表明,標(biāo)準(zhǔn)所列檢測項目切實

可行,對套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究具有實際指導(dǎo)意義。

1、主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告

近年來,隨著氣田開發(fā)不斷向極端苛刻儲藏邁進,油氣井酸化等儲層改造工藝得到大規(guī)

模應(yīng)用,套管和油管柱面臨更加苛刻的服役環(huán)境;同時,新型涂鍍層管材及特殊密封螺紋接

頭不斷涌現(xiàn),為確保油氣井管柱的密封完整性,在現(xiàn)場使用前開展新產(chǎn)品新工藝的井下作業(yè)

可靠性驗證是十分必要的。而針對井下管柱所面臨的苛刻受力及腐蝕環(huán)境,實驗室小尺寸樣

品試驗與現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況存在較大差異,已無法滿足工程實際需求,為此油田現(xiàn)場多次提

出開展全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗評價方法的研究,促進石油管材試驗研究由室內(nèi)小型試驗向

大型實物試驗發(fā)展,為油田安全開發(fā)保駕護航。

為了驗證本標(biāo)準(zhǔn)所涉及全尺寸油套管的試樣加工、密封,試驗溫度、壓力的實現(xiàn),以及

試樣拉伸應(yīng)力的加載和試驗步驟的合理性和規(guī)范性,標(biāo)準(zhǔn)起草工作組以相關(guān)科研項目為依

托,對不同鋼級及規(guī)格的油管試樣開展了全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗,試驗結(jié)果如下:

(1)超級13Cr油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

選取不同廠家的兩種帶接箍油管,通過焊接方式相連接,開展全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能

評價試驗。試驗溶液采用油田現(xiàn)場所取殘酸溶液,溫度120℃、壓力70MPa、加載應(yīng)力87t,

在試驗到第44小時時發(fā)生斷裂,斷口呈現(xiàn)出由內(nèi)壁點腐蝕引發(fā)的應(yīng)力腐蝕開裂形貌特征。

3

圖1超級13Cr油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

a)斷口宏觀照片b)斷口上二次裂紋形貌c)內(nèi)壁點蝕及裂紋形貌

圖2超級13Cr油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗結(jié)果

(2)110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

針對110SS油管開展了酸化階段、生產(chǎn)階段井底管柱服役工況和生產(chǎn)階段上部管柱腐蝕

工況三種不同工況條件下的全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗,同時考察了位于試樣中部的

接箍部分螺紋連接的密封完整性。

圖3110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

4

a)酸化階段b)生產(chǎn)階段井底工況c)生產(chǎn)階段上部工況

圖4110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗后油管內(nèi)壁腐蝕形貌

圖5110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗后螺紋連接處宏觀照片

(3)鍍層管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

選取鍍層油管開展了高溫高壓工況下的全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗,試驗后將樣品進行對

剖,觀察內(nèi)部鍍層腐蝕情況,肉眼可見鍍層表面出現(xiàn)銹蝕痕跡,在銹蝕痕跡處取金相試樣分

析,發(fā)現(xiàn)鍍層在試驗后產(chǎn)生了微裂紋,腐蝕介質(zhì)通過微裂紋接觸到油管基體,基體碳鋼材料

發(fā)生腐蝕。

圖6鍍層管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

5

a)試驗后油管內(nèi)壁鍍層b)油管鍍層微裂紋

圖7鍍層油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗結(jié)果(內(nèi)壁出現(xiàn)腐蝕及開裂)

2、技術(shù)經(jīng)濟論證

據(jù)統(tǒng)計,我國現(xiàn)有油氣井約50萬口,每年新鉆油氣井約3萬口,并且每年以15~20%的

速率增加。每年使用各類管材超過350萬噸,占油氣開采投資比例的60%,油氣井管柱在油

氣資源開發(fā)中起著舉足輕重的作用。油井管柱不僅投資大,每年耗資達千億元,而且在服役

過程中存在著高風(fēng)險,尤其是隨著油氣勘探開發(fā)條件日益復(fù)雜,深井超深井、高溫高壓氣井、

頁巖氣等非常規(guī)氣井和嚴酷腐蝕井對管柱的長期安全可靠服役和安全生產(chǎn)提出了嚴峻挑戰(zhàn)。

同時,實驗室小尺寸試樣由于其尺寸及結(jié)構(gòu)限制,往往無法全面反映套管和油管在苛刻工況

下的腐蝕行為,也無法開展氣密封扣和新型內(nèi)襯及涂鍍層管材在苛刻腐蝕工況下的耐蝕及密

封完整性,油田現(xiàn)場對全尺寸實物套管和油管在苛刻工況下的耐蝕性能及適用性評價的要求

越來越迫切。

近年來,基于油氣田生產(chǎn)實踐的實際需求,項目組先后開展塔里木油田、大慶油田、長

慶油田等多個油田現(xiàn)場工況下的全尺寸管材拉伸應(yīng)力腐蝕試驗,明確了實物尺寸管材在多因

素協(xié)同作用下的耐蝕性能,促進了模擬油氣田真實服役工況下材料的失效行為研究工作的開

展,保障了油氣田生產(chǎn)安全,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益。實踐證明全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗方

法是必要的,也是可行的。

因此,本標(biāo)準(zhǔn)的制定無論經(jīng)濟上還是技術(shù)上都將是對當(dāng)前油氣田防腐工作的必要補充,

為套管和油管柱服役安全提供有利的技術(shù)保障,為油套管產(chǎn)品質(zhì)量控制及提升提供必要的數(shù)

據(jù)支撐。

3、預(yù)期的經(jīng)濟效果

本文件提供了套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗的試驗方法。規(guī)范了套管和油管全尺

寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗的試驗溶液、試驗設(shè)備、試樣、試驗程序,以及試樣評價和試驗報告內(nèi)

容。按照本文件提出的步驟開展試驗,可以實現(xiàn)對于套管和油管服役工況的模擬,獲得全尺

寸套管或油管在高溫、高壓、模擬油田現(xiàn)場溶液、同時承受軸向拉伸載荷條件下的耐腐蝕性

能結(jié)果(包括腐蝕開裂敏感性、腐蝕速率和腐蝕形貌特征等),以及帶有接箍等特殊連接結(jié)

6

構(gòu)管段在復(fù)雜工況條件下的密封完整性能??梢詾榭量坦r油氣田井下管柱安全選材、設(shè)計,

以及油套管失效分析提供技術(shù)支撐及保障,對于預(yù)防套管和油管失效起到非常重要的作用,

引用前景廣闊。

四、采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進標(biāo)準(zhǔn)的程度,以及與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況,或

與測試的國外樣品、樣機的有關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

本標(biāo)準(zhǔn)為非采標(biāo)項目。

目前,國內(nèi)外有關(guān)于石油管材力學(xué)性能的全尺寸試驗測試方法,如套管和油管接頭評價

程序推薦做法ISO13679、APIRP5C5-2017、GB/T21267-2017和SY/T6128-2012。但由

于腐蝕試驗涉及溫度、壓力、腐蝕介質(zhì)等苛刻工況,同時,全尺寸管樣拉伸應(yīng)力腐蝕試驗受

限于試驗裝備的缺乏,并未見相關(guān)方法標(biāo)準(zhǔn)。國際上采用的應(yīng)力腐蝕試驗標(biāo)準(zhǔn)主要為小尺寸

的實驗室室內(nèi)評價試驗方法。主要有ISO7539-1~ISO7539-11“金屬和合金的腐蝕應(yīng)力腐

蝕試驗”系列標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定了設(shè)計和進行金屬應(yīng)力腐蝕敏感性試驗和評定的試驗方法選擇的一

般性指導(dǎo)原則,其中包括彎梁樣的制備和應(yīng)用、U型彎曲試樣的制備和應(yīng)用、單軸拉伸試樣

的制備和應(yīng)用等;還有NACETM0177-2016、GB/T4157-2017“金屬在H2S環(huán)境中抗硫化物應(yīng)

力開裂和應(yīng)力腐蝕開裂的實驗室試驗方法”,規(guī)定了在含H2S的低pH值水溶液環(huán)境中,金屬

材料在受拉伸應(yīng)力作用下的抗硫化物應(yīng)力開裂(SSC)和應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)的實驗室試驗

方法,包括拉伸試驗、彎梁試驗、C形環(huán)試驗和雙懸臂梁試驗四種加載方式。目前為止,國

際上并沒有全尺寸套管和油管拉伸應(yīng)力腐蝕試驗方法相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

五、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用可對我國油氣田現(xiàn)場在苛刻服役工況油套管選材及設(shè)計方面提供相應(yīng)標(biāo)

準(zhǔn),降低套管和油管井下失效事故的發(fā)生;同時,有利于油套管生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗和性

能提升,是現(xiàn)行油套管產(chǎn)品檢驗標(biāo)準(zhǔn)的補充;可促進我國石油天然氣開發(fā)領(lǐng)域相關(guān)法律、法

規(guī)、政策及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的實施應(yīng)用,有利于油田生產(chǎn)企業(yè)安全穩(wěn)定長周期運行。

六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

七、國家標(biāo)準(zhǔn)作為強制性國家標(biāo)準(zhǔn)或推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)的建議

建議本標(biāo)準(zhǔn)作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。

八、貫徹國家標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議(包括組織措施、技術(shù)措施、過渡辦法等內(nèi)容)

目前,全球油氣田生產(chǎn)開發(fā)不斷向苛刻環(huán)境發(fā)展,開展全尺寸套管和油管在多因素協(xié)同

作用下的耐蝕性能檢測試驗對保障油氣田生產(chǎn)安全和提升油套管產(chǎn)品質(zhì)量都有著至關(guān)重要

的作用,全尺寸管材拉伸應(yīng)力腐蝕試驗的需求越來越迫切。國內(nèi)外目前對于套管和油管全尺

寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗沒有可依據(jù)的方法標(biāo)準(zhǔn),無法滿足套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗

研究及套管和油管產(chǎn)品的全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗檢測需要。建議盡快進入標(biāo)準(zhǔn)送審和報批

7

階段,并在使用過程中加強標(biāo)準(zhǔn)宣貫力度,嚴格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)要求。

建議本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后,由標(biāo)準(zhǔn)歸口單位牽頭,組織相關(guān)科研院所、制造廠家和用戶企業(yè)相

關(guān)領(lǐng)域的專家、研究人員,由標(biāo)準(zhǔn)起草人對標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進行宣貫。

九、廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十、其他應(yīng)予說明的事項

根據(jù)中油黨組任〔2021〕180號《關(guān)于中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院(中國石油

天然氣集團公司管材研究所)轉(zhuǎn)企改制后領(lǐng)導(dǎo)班子成員職務(wù)名稱變更的通知》文件,本標(biāo)準(zhǔn)

第一起草單位中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院現(xiàn)更名為中國石油集團工程材料研究院

有限公司。

8

國家標(biāo)準(zhǔn)編制說明

《套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗方法》

2023年2月

1

《套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗方法》

(征求意見稿)

編制說明

一、工作簡況

根據(jù)國標(biāo)委發(fā)[2021]41號文“國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會關(guān)于下達2021年第四批推薦性國

家標(biāo)準(zhǔn)計劃及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外文版計劃的通知”,國家標(biāo)準(zhǔn)《套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試

驗方法》以計劃編號20214879-T-469下達,該標(biāo)準(zhǔn)由中國石油集團工程材料研究院有限公

司(原中國石油集團石油管工程技術(shù)研究院)牽頭編寫,中國石油天然氣股份有限公司塔里

木油田分公司、西安三環(huán)石油管材科技有限公司、中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分

公司、寶山鋼鐵股份有限公司、天津鋼管制造有限公司、西安石油大學(xué)、衡陽華菱鋼管有限

公司、中信泰富特鋼集團股份有限公司等參與編寫,工作組成員包括韓燕、付安慶、徐婷、

白真權(quán)、尹成先、方偉、趙雪會、袁軍濤、龍巖、呂乃欣、李軒鵬、王遠、史東峰、趙密鋒、

楊立華、呂傳濤、齊亞猛、董會、鄭秋艷、楊永昌。任務(wù)分工如下:韓燕負責(zé)對標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)、

大綱、主要技術(shù)條款進行編寫,趙密鋒、楊立華、董會負責(zé)油田現(xiàn)場調(diào)研、資料收集和試驗

介質(zhì)部分的編寫,呂乃欣、李軒鵬、王遠負責(zé)試驗設(shè)備部分的編寫,付安慶、趙雪會、袁軍

濤、龍巖負責(zé)試驗程序部分的編寫,呂傳濤、齊亞猛、鄭秋艷、楊永昌負責(zé)試樣制備部分的

編寫,白真權(quán)、尹成先負責(zé)試樣評定部分的編寫,徐婷、方偉負責(zé)標(biāo)準(zhǔn)試驗報告部分的編寫

呂乃欣和史東峰負責(zé)標(biāo)準(zhǔn)方法的試驗驗證。

項目組從2020年1月~2023年1月,陸續(xù)完成了油田現(xiàn)場調(diào)研、資料收集、試驗驗證

及征求意見稿的起草工作。簡要過程如下:

(1)油田現(xiàn)場調(diào)研:在2020年1月~2020年12月期間,項目負責(zé)人針對國內(nèi)外套管

和油管全尺寸拉伸試驗設(shè)備及方法進行了相關(guān)的資料調(diào)研與交流。項目組成員先后赴塔里木

油田、大港油田、大慶油田、長慶油田等地進行了考察,詳細了解了套管和油管全尺寸拉伸

應(yīng)力腐蝕試驗的需求和工況,對套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究有了深入的認識。

(2)資料收集及試驗驗證:在2020年6月~2021年12月期間,收集并分析了國內(nèi)外

相關(guān)資料。其中包括美國俄亥俄大學(xué)多相流大型環(huán)路試驗設(shè)備、美國塔爾薩大學(xué)兩相流腐蝕

裝置、挪威SINTEF環(huán)路試驗裝置、大慶油田復(fù)合加載多功能試驗裝備,以及西安石油大學(xué)

噴射式?jīng)_蝕試驗裝置等,這些資料的學(xué)習(xí)和掌握為標(biāo)準(zhǔn)的編寫提供了基礎(chǔ)。2021年1月~2022

年12月,開展了多次油套管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究,為標(biāo)準(zhǔn)的編寫積累了實際操作

經(jīng)驗。

2

(3)征求意見稿的編制:2022年1月~2023年1月,啟動本標(biāo)準(zhǔn)的制定工作,按照標(biāo)

準(zhǔn)制、修訂工作程序的要求,成立了標(biāo)準(zhǔn)起草工作組。系統(tǒng)分析了我國油田現(xiàn)場的檢驗需求,

對標(biāo)準(zhǔn)中的主要測試內(nèi)容進行了分析,組織工作組成員進行多輪討論后,根據(jù)國內(nèi)目前對套

管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗要求,起草了標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。

二、國家標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定國家標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)以國內(nèi)外先進標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),并考慮國內(nèi)油田現(xiàn)場的具體工況,立足于滿足我國石

油工業(yè)發(fā)展的需要,促進我國套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究的開展。最終按照

GB/T1.1-2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》要求確定草

案結(jié)構(gòu)框架。

主要技術(shù)內(nèi)容有套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗原理、試驗溶液、試驗設(shè)備、試樣、

試驗程序、試樣評價和對試驗報告的要求。

三、主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告,技術(shù)經(jīng)濟論證,預(yù)期的經(jīng)濟效果(下面內(nèi)容供

參考)

為了驗證標(biāo)準(zhǔn)中主要實驗方法的可行性,編制組與油套管生產(chǎn)廠家、油田現(xiàn)場應(yīng)用單位

共同合作,對標(biāo)準(zhǔn)所列主要項目進行了理論及試驗驗證,結(jié)果表明,標(biāo)準(zhǔn)所列檢測項目切實

可行,對套管和油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗研究具有實際指導(dǎo)意義。

1、主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告

近年來,隨著氣田開發(fā)不斷向極端苛刻儲藏邁進,油氣井酸化等儲層改造工藝得到大規(guī)

模應(yīng)用,套管和油管柱面臨更加苛刻的服役環(huán)境;同時,新型涂鍍層管材及特殊密封螺紋接

頭不斷涌現(xiàn),為確保油氣井管柱的密封完整性,在現(xiàn)場使用前開展新產(chǎn)品新工藝的井下作業(yè)

可靠性驗證是十分必要的。而針對井下管柱所面臨的苛刻受力及腐蝕環(huán)境,實驗室小尺寸樣

品試驗與現(xiàn)場生產(chǎn)實際情況存在較大差異,已無法滿足工程實際需求,為此油田現(xiàn)場多次提

出開展全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗評價方法的研究,促進石油管材試驗研究由室內(nèi)小型試驗向

大型實物試驗發(fā)展,為油田安全開發(fā)保駕護航。

為了驗證本標(biāo)準(zhǔn)所涉及全尺寸油套管的試樣加工、密封,試驗溫度、壓力的實現(xiàn),以及

試樣拉伸應(yīng)力的加載和試驗步驟的合理性和規(guī)范性,標(biāo)準(zhǔn)起草工作組以相關(guān)科研項目為依

托,對不同鋼級及規(guī)格的油管試樣開展了全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗,試驗結(jié)果如下:

(1)超級13Cr油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

選取不同廠家的兩種帶接箍油管,通過焊接方式相連接,開展全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能

評價試驗。試驗溶液采用油田現(xiàn)場所取殘酸溶液,溫度120℃、壓力70MPa、加載應(yīng)力87t,

在試驗到第44小時時發(fā)生斷裂,斷口呈現(xiàn)出由內(nèi)壁點腐蝕引發(fā)的應(yīng)力腐蝕開裂形貌特征。

3

圖1超級13Cr油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

a)斷口宏觀照片b)斷口上二次裂紋形貌c)內(nèi)壁點蝕及裂紋形貌

圖2超級13Cr油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗結(jié)果

(2)110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

針對110SS油管開展了酸化階段、生產(chǎn)階段井底管柱服役工況和生產(chǎn)階段上部管柱腐蝕

工況三種不同工況條件下的全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗,同時考察了位于試樣中部的

接箍部分螺紋連接的密封完整性。

圖3110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

4

a)酸化階段b)生產(chǎn)階段井底工況c)生產(chǎn)階段上部工況

圖4110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗后油管內(nèi)壁腐蝕形貌

圖5110SS油管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗后螺紋連接處宏觀照片

(3)鍍層管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

選取鍍層油管開展了高溫高壓工況下的全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕試驗,試驗后將樣品進行對

剖,觀察內(nèi)部鍍層腐蝕情況,肉眼可見鍍層表面出現(xiàn)銹蝕痕跡,在銹蝕痕跡處取金相試樣分

析,發(fā)現(xiàn)鍍層在試驗后產(chǎn)生了微裂紋,腐蝕介質(zhì)通過微裂紋接觸到油管基體,基體碳鋼材料

發(fā)生腐蝕。

圖6鍍層管全尺寸拉伸應(yīng)力腐蝕性能評價試驗

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