水下井口的抗應(yīng)力腐蝕性能及可靠性研究.pdf

1、近年來，我國海上相繼發(fā)現(xiàn)了高含硫化氫的油氣田，由于原油中硫化氫含量的升高使得在油氣開采以及過運輸程中，硫化物對油田設(shè)備的腐蝕也越發(fā)嚴(yán)重。硫化氫不僅會造成嚴(yán)重的全面腐蝕，還會引發(fā)氫致開裂(HIC)和應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)等局部腐蝕形式，隨著高含硫原油開采以及加工量的增加，硫化氫腐蝕，特別是濕H2S應(yīng)力腐蝕開裂對石化設(shè)備的影響越來越嚴(yán)重，同時其所引起的事故往往是突發(fā)的、災(zāi)難性的。同時隨著科學(xué)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們對產(chǎn)品的可靠性要求越來越高

2、。及時開展對水下井口裝置或材料的可靠性研究，對于解決我國石油天然氣鉆采過程中的安全性問題，從根本上提高石油機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要意義。因此，研究硫化氫對油氣井口材料應(yīng)力腐蝕規(guī)律并研究其應(yīng)力腐蝕可靠性下的設(shè)計安全系數(shù)并對腐蝕后的水下井口做出應(yīng)力安全性評定，對油田設(shè)備的選材及維護(hù)以及油田生產(chǎn)的安全性有重要作用。
　　本文主要研究對象為水下井口，其制造材料為1Cr13馬氏體不銹鋼，通過慢應(yīng)變速率拉伸試驗、掃描電鏡（SEM）分析、X射線應(yīng)

3、力測定儀（XRD）分析以及金相顯微分析等研究激光熱處理對水下井口應(yīng)力腐蝕的影響機(jī)理，為井口材料抗硫化物應(yīng)力腐蝕性能的改善提供了試驗和理論依據(jù)。研究結(jié)果表明原始狀態(tài)1Cr13在NACE飽和H2S溶液中為脆性斷裂，激光熱處理后斷口由脆性向韌性轉(zhuǎn)變；激光熱處理后應(yīng)力腐蝕敏感性指數(shù)由75％下降至69.4％，激光熱處理后井口材料的屈服極限和強(qiáng)度極限有較大的提升。激光熱處理后表層殘留奧氏體含量增加，殘余應(yīng)力由處理前的拉應(yīng)力變?yōu)樘幚砗蟮膲簯?yīng)力是抗應(yīng)力

4、腐蝕性能提高的主要機(jī)制。
　　通過應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論建立了井口材料應(yīng)力腐蝕可靠度計算模型，根據(jù)可靠度意義下安全系數(shù)的定義推出了1Cr13井口材料最佳設(shè)計安全系數(shù)。計算表明若要使材料的可靠度保持在99％時，在其設(shè)計過程中所選用的安全系數(shù)不能小于1.02。
　　通過有限元分析軟件ANSYS，結(jié)合井口設(shè)計工況對水下井口進(jìn)行了應(yīng)力安全性評定以及均勻腐蝕情況下的服役壽命計算，分析表明當(dāng)該井口采用1Cr13為其制造材料時，在設(shè)計工況下能