本文關(guān)鍵詞：酸性環(huán)境中油井管鋼裂紋擴展特性研究　出處：《西安石油大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 油井管 腐蝕疲勞 應力腐蝕 酸性環(huán)境 裂紋擴展

【摘要】：在油氣井的開采過程中,一般會利用酸化等工藝對油氣井進行酸化處理以此來提高產(chǎn)量,使得原本偏酸性的油氣田酸性增強。這些酸性介質(zhì)對油井管鋼帶來嚴重的腐蝕損傷,同時服役的油井管鋼還承受著環(huán)空外壓、內(nèi)壓、彎曲、載荷以及扭矩等作用,酸性腐蝕介質(zhì)與外加載荷(交變載荷和靜載荷)的協(xié)同作用,產(chǎn)生腐蝕疲勞與應力腐蝕損傷,導致油井管鋼裂紋的萌生、擴展甚至斷裂。因此,研究酸性環(huán)境中油井管鋼的裂紋擴展速率,可有助于預測油井管鋼的剩余壽命。本文主要研究在不同酸性環(huán)境中油井管鋼分別發(fā)生腐蝕疲勞與應力腐蝕時的裂紋擴展速率。首先,在腐蝕疲勞研究中,探索酸性溶液中H+濃度(PH=3、4、5)、加載頻率(5Hz與1Hz)、不同材質(zhì)(P110、13Cr)對油井管鋼腐蝕疲勞裂紋擴展速率da/dN的影響,根據(jù)實驗結(jié)果建立腐蝕疲勞剩余壽命速率模型。其次,在應力腐蝕研究中,采用慢應變速率法,研究酸性溶液中H+濃度(PH=3、4、5)對應力腐蝕裂紋擴展特性的影響,以及不同PH值下對應力強度因子門檻值KIscc的影響,分析應力腐蝕裂紋擴展速率da/dt和應力強度因子幅△K兩者之間的函數(shù)關(guān)系。得出以下結(jié)論:(1)在腐蝕疲勞研究中,當頻率為5Hz時,相比較于大氣環(huán)境與3.5wt%NaCl的腐蝕環(huán)境,偏酸性的3.5wt%NaCl明顯促進了P110油井管鋼腐蝕疲勞裂紋的擴展,同時隨著酸性溶液中H+濃度的提高,由PH=5降為PH=3,裂紋擴展速率有所提高。將頻率降為1Hz時,由于頻率的降低,加大了H+對P110的腐蝕損傷時間,促進了油井管腐蝕疲勞裂紋的擴展。改變材質(zhì),對于13Cr材質(zhì)油井管鋼,頻率均為1Hz時,相比較于大氣環(huán)境與3.5wt%NaCl的腐蝕環(huán)境,在含H+離子的3.5wt%NaCl環(huán)境中裂紋擴展速率有所提高,隨著H+濃度的增加,裂紋擴展速率有稍微降低,與P110油井管鋼相反。(2)在應力腐蝕研究中,將交變載荷設定為靜載荷進行應力腐蝕實驗,設定恒定的位移速率為5×10-5mm/s,P110油井管鋼在偏酸性的3.5wt%NaCl溶液中的應力強度因子門檻值隨著H+濃度的增加而降低,整個過程中所吸收的總能量也有所降低,說明酸性介質(zhì)H+能夠促進應力腐蝕的發(fā)生,且裂紋擴展速率也隨著H+濃度的增加而增大。
[Abstract]:In the process of exploitation of oil and gas wells, usually on the oil well acidizing treatment in order to improve the yield of the acidification process, making the original acidic oil field. These acidic acidic medium steel brings severe corrosion damage to the oil pipe, and service oil pipe steel also bear the annulus pressure, internal pressure and bending load and torque effect, acid corrosion medium and the external load (alternating load and static load) the synergistic effect of corrosion fatigue and stress corrosion damage, resulting in crack initiation of steel tube wells, expansion and fracture. Therefore, the rate of crack extension of oil pipe steel in acidic environment, can have contribute to the residual life prediction of steel tube wells. This paper mainly studies in different acidic environment of oil pipe steel were corrosion fatigue and SCC crack propagation rate at first, in the study of corrosion fatigue, explore acid The concentration of H+ solution (PH=3,4,5), frequency (5Hz and 1Hz), different materials (P110,13Cr) effect on the growth rate of da/dN oil pipe steel corrosion fatigue crack, according to the experimental results establish the model of corrosion fatigue residual life rate. Secondly, the research on stress corrosion, using slow strain rate method of acid the concentration of H+ solution (PH=3,4,5) stress corrosion crack propagation effect, and the stress intensity factor under different pH value threshold effects of KIscc function to analyze the relationship between the stress corrosion crack growth rate of da/dt and the stress intensity factors K two. Draw the following conclusions: (1) in the study of corrosion fatigue and when the frequency is 5Hz, compared with the atmospheric environment and corrosive environment 3.5wt%NaCl, acidic 3.5wt%NaCl significantly promoted the expansion of steel corrosion fatigue crack of P110 oil well pipe, at the same time as the concentration of H+ acid in the solution increased by P H=5 reduced to PH=3, the crack propagation rate increased. The frequency is reduced to 1Hz, due to the decrease of the frequency, increase the corrosion damage time of H+ to P110, to promote the expansion of corrosion fatigue crack of tube wells. To change the material, 13Cr material for oil pipe steel, the frequency was 1Hz, compared to the corrosive environment the atmospheric environment and 3.5wt%NaCl, in the 3.5wt%NaCl environment with H+ ion in the crack growth rate increased with the increase of H+ concentration, the crack growth rate was slightly decreased, and the P110 oil pipe steel instead. (2) in the study of stress corrosion, the alternating load setting for static load stress corrosion test. Set the displacement rate constant is 5 * 10-5mm/s, 3.5wt%NaCl steel in the acidic solution of the stress intensity factor decreases with the increase of H+ concentration and the P110 tube wells, total energy absorbed in the whole process can be reduced, the acidic medium The quality of H+ can promote the occurrence of stress corrosion, and the rate of crack growth increases with the increase of H+ concentration.

【學位授予單位】：西安石油大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TE983

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本文編號：1401162