【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,井下管柱遭受了嚴重的CO_2腐蝕,嚴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)變速率拉伸實驗(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,P110鋼的SCC敏感性最大,為了縮短實驗周期,選用了2×10~(-6)s~(-1)的應(yīng)變速率進行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;屈服階段前期,電流與電位噪聲信號均以亞穩(wěn)態(tài)點蝕峰為主,而且隨著溶液中CO_2濃度的增加,亞穩(wěn)態(tài)點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,點蝕逐漸轉(zhuǎn)變成裂紋,此時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,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展期�？紤]到環(huán)空溶液中硫酸鹽還原細菌(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,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)點蝕向穩(wěn)態(tài)點蝕轉(zhuǎn)變的時間,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機制是陽極溶解為主、氫致開裂為輔的混合機制。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文驗方法應(yīng)變速率拉伸實驗(SSRT)試樣參考 GB/T 15970 標準加工成圓棒狀試樣，試樣標距為 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，所有的 EIS化學(xué)實驗結(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】：TE973.6

【參考文獻】

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1 劉然克;王立賢;劉智勇;杜翠薇;李曉剛;;咪唑啉類緩蝕劑對P110鋼在CO_2注入井環(huán)空環(huán)境中應(yīng)力腐蝕行為的影響[J];表面技術(shù);2015年03期

2 石維;董澤華;郭興蓬;;基于Hilbert-Huang變換的電化學(xué)噪聲解析及其應(yīng)用[J];中國腐蝕與防護學(xué)報;2014年02期

3 王峰;韋春艷;黃天杰;崔中雨;李曉剛;;H_2S分壓對13Cr不銹鋼在CO_2注氣井環(huán)空環(huán)境中應(yīng)力腐蝕行為的影響[J];中國腐蝕與防護學(xué)報;2014年01期

4 張濤;楊延格;邵亞薇;孟國哲;王福會;;電化學(xué)噪聲分析方法的研究進展[J];中國腐蝕與防護學(xué)報;2014年01期

5 劉然克;尹國軍;韋春艷;王顯宗;馬峰;劉智勇;杜翠薇;李曉剛;;環(huán)空環(huán)境下P110油管鋼的電化學(xué)腐蝕行為[J];腐蝕科學(xué)與防護技術(shù);2013年06期

6 郝文魁;劉智勇;張新;杜翠薇;李曉剛;劉翔;;H_2S濃度對35CrMo鋼應(yīng)力腐蝕開裂的影響[J];中國腐蝕與防護學(xué)報;2013年05期

7 王樹濤;鄭新艷;李明志;黃雪松;關(guān)建慶;鄭樹啟;陳長風;陳月民;;抗硫套管鋼P110SS在高含H_2S/CO_2條件下的硫化物應(yīng)力腐蝕破裂敏感性[J];腐蝕與防護;2013年03期

8 黃雪松;;H_2S和CO_2分壓及Cl~-濃度對L360QCS鋼腐蝕行為的影響[J];腐蝕與防護;2012年06期

9 董月香;;幾種應(yīng)力腐蝕試驗方法的比較[J];大型鑄鍛件;2010年05期

10 畢鳳琴;張旭昀;王勇;孫麗麗;汪洋;;X70管線鋼在濕H_2S環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕行為研究[J];材料工程;2009年08期

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1 劉然克;典型H_2S/CO_2環(huán)空環(huán)境下高強油套管鋼應(yīng)力腐蝕機理與防護[D];北京科技大學(xué);2015年

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1 吳紅梅;油管鋼氫滲透特性及其對應(yīng)力腐蝕開裂的影響[D];西南石油大學(xué);2015年

本文編號：2644964