【摘要】：應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)是近幾年來油氣田關(guān)注的重大問題,隨著CO_2驅(qū)三次采油技術(shù)的推廣,井下管柱遭受了嚴(yán)重的CO_2腐蝕,嚴(yán)重阻礙了油田的安全生產(chǎn)。如果能通過無損監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)SCC的早期診斷,則可以大大降低油套管和抽油桿斷裂導(dǎo)致的安全事故。因此,開展油管鋼SCC行為的早期診斷技術(shù)研究,對油氣田的安全生產(chǎn)具有重大意義。本文首先通過慢應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)(SSRT)研究了不同應(yīng)變速率下P110油管鋼的SCC敏感性,結(jié)果發(fā)現(xiàn):應(yīng)變速率為1×10~(-6)s~(-1)和2×10~(-6)s~(-1)時(shí),P110鋼的SCC敏感性最大,為了縮短實(shí)驗(yàn)周期,選用了2×10~(-6)s~(-1)的應(yīng)變速率進(jìn)行SSRT。然后結(jié)合電化學(xué)噪聲(ECN)、掃描電鏡(SEM)與電化學(xué)阻抗(EIS)等方法,研究了P110高強(qiáng)油管鋼在模擬井下環(huán)空溶液中的應(yīng)力腐蝕開裂行為,并探討了CO_2對裂紋萌生和擴(kuò)展過程的影響。根據(jù)電化學(xué)噪聲譜的特征參數(shù)(如積分電量、峰壽命、峰幅值等),來區(qū)分不同的腐蝕過程。結(jié)果表明:壽命短(3~5 s)、幅值低(0.01~1μA)的電流噪聲峰代表點(diǎn)蝕事件,壽命長(30 s)和幅值高(1μA)的噪聲峰表示裂紋生長事件。在彈性形變階段,拉伸試樣表面處于鈍化狀態(tài),電流電位無明顯波動(dòng);屈服階段前期,電流與電位噪聲信號(hào)均以亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕峰為主,而且隨著溶液中CO_2濃度的增加,亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕的形核速率逐漸增加;在屈服階段后期,由于拉應(yīng)力和Cl~-的共同作用,點(diǎn)蝕逐漸轉(zhuǎn)變成裂紋,此時(shí)ECN譜上出現(xiàn)明顯的裂紋特征峰,峰的壽命、幅值、積分電量等參數(shù)隨著CO_2濃度的增加而增大;硬化階段拉應(yīng)力不斷增加促使裂紋繼續(xù)生長,由于裂尖快速活性溶解,裂紋噪聲峰減少甚至消失;最后,頸縮階段整個(gè)拉伸試樣處于均勻腐蝕狀態(tài),電位與電流噪聲曲線上均表現(xiàn)為低幅值的高頻波動(dòng),ECN譜上沒有明顯暫態(tài)峰。P110鋼SCC敏感性的增加主要是由于CO_2的加入降低了溶液的pH值,這不僅加速了裂紋尖端的陽極溶解也延長了裂紋的擴(kuò)展期�？紤]到環(huán)空溶液中硫酸鹽還原細(xì)菌(SRB)可將SO_4~(2-)還原成S~(2-),可能給井下管柱帶來硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)的危險(xiǎn),本文還研究了溶液中S~(2-)對P110鋼SCC行為的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):S~(2-)的加入加速了P110鋼拉伸試樣表面鈍化膜的破裂,并顯著縮短了亞穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕向穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕轉(zhuǎn)變的時(shí)間,促使拉伸試樣表面出現(xiàn)較大尺寸的蝕坑,這些蝕坑在拉應(yīng)力作用下可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱鸭y萌生源。其SCC機(jī)制是陽極溶解為主、氫致開裂為輔的混合機(jī)制。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文驗(yàn)方法應(yīng)變速率拉伸實(shí)驗(yàn)(SSRT)試樣參考 GB/T 15970 標(biāo)準(zhǔn)加工成圓棒狀試樣，試樣標(biāo)距為 25.4 mm，試樣尺寸規(guī)格如圖 2-1 所示。拉伸試樣表面用碳化硅砂紙(180 #~2000 級打磨，并先后用蒸餾水、無水乙醇和丙酮超聲清洗，接著用環(huán)氧樹脂域，中間只露出 1 cm2區(qū)域在腐蝕介質(zhì)中作為工作段。

圖 2-3 ECN 測試裝置圖Fig.2-3 Test equipment plot of ECN與電化學(xué)阻抗(EIS)測試 EIS 測試均采用 CS350 電化學(xué)工作站(武漢科思特)進(jìn)示，測試體系基于傳統(tǒng)三電極，，工作電極 WE 為 P110 電極，參比電極 RE 為飽和甘汞電極。極化曲線測試 vs SCE，掃描速率為 0.5 mV/s。EIS 測試在開路電位( 100kHz~10mHz，采用 10mV 正弦波激勵(lì)，所有的 EIS化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，將斷裂后的拉伸試樣取出，依次用
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TE973.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2644964