摘要：采用挂片失重法、宏观形貌观察法、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对3Cr合金钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的初期腐蚀行为进行了研究。结果表明,3Cr合金钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的初期腐蚀为高温蒸汽中CO_(2)(酸性气体)与NH3(碱性气体)相互耦合下的腐蚀,呈现出均匀腐蚀特征,表面腐蚀产物主要是FeCO_(3)。当10%<尿素溶液浓度≤20%时,随着尿素溶液浓度的增大,腐蚀产物量越大,越加致密。当尿素溶液浓度≥30%时,随着尿素溶液浓度的增大,腐蚀产物膜与金属基体的附着力越弱,甚至会大面积剥落。在尿素辅助蒸汽吞吐采出井井筒环境中,没有原油存在下,由于当尿素溶液浓度大于10%时,3Cr合金钢平均腐蚀速率大于油田腐蚀控制指标0.076 mm/a,不推荐使用。有原油存在下,30%浓度尿素溶液中3Cr合金钢的腐蚀速率大于0.076 mm/a,耐腐蚀性较差,不能满足采出井井筒腐蚀控制要求,也不推荐使用。但当加入原油后,3Cr合金钢的平均腐蚀速率比不加原油的有所下降,原油的掺入,由于形成几何覆盖效应,具有一定的缓蚀作用。所以建议设计现场试验方案时,尿素溶液的浓度不要超过10%。

摘要：钛合金材料由于具有高的比强度,低弹性模量,优异的机械性能、耐高温性能和耐腐蚀性能,成为下一代解决稠油热采工况下高套损率的优选材料,但在热采工况下钛合金割缝筛管的性能还缺乏研究。在模拟辽河油田稠油热采典型工况条件下,使用有限元计算和实物试验相比对的方法,对钛合金筛管理化性能、轴向热变形、轴向热载荷、大狗腿度下筛管及割缝形貌变化规律等进行研究。结果表明,钛合金材质的筛管在热采工况下具有较好的强度和韧性,350℃热采工况下钛合金筛管由于热应力增加的轴向载荷只有钢制金属网布筛管和复合筛管的19.3%和20.4%,经过7轮次的热采温度循环,在350℃热采温度下钛合金筛管的轴向伸长率仅为钢制筛管的58.7%~60.4%,在20°/30 m的大弯曲度及350℃高温下,钛合金筛管抗变形能力优异,最大椭圆度只有4.13%,平行割缝保持完好且防砂能力优于同规格钢制筛管。基于本研究认为,钛合金材质的筛管及套管可以有效地降低热采管柱在热采工况中的轴向热载荷、伸长量,并且具有较高的耐高温性能和抗疲劳性能,在热采工况极端弯曲条件下抗变形能力好,是解决目前我国稠油热采现场高套损问题的有效方法和发展方向之一,研究结果为钛合金筛管的设计和使用提供重要的技术参考。

摘要：在中俄东线天然气管道工程中采用高钢级(X80钢级)、大口径(外径为1 422 mm)的管道进行高压输送(压力为12MPa)可以有效增加天然气输送量,满足我国能源战略的需要。然而随着钢级、输送压力、管径及设计系数的不断提高,管道的延性断裂成为断裂的主要方式,止裂控制便成为研究的重点。为此,对止裂韧性计算的主要方法 Battelle双曲线(BTC)方法以及断裂阻力曲线和减压波曲线进行了深入研究,明确了BTC方法的原理及其适用范围,同时分析了BTC方法应用于高强度、高韧性管线钢时所存在的问题,给出了目前国际上针对BTC计算结果常用的修正方法。回顾了俄罗斯Bovanenkovo-Ukhta外径为1 422 mm X80管道断裂的控制方案,针对中俄东线管道的设计参数,对BTC计算结果进行了修正,进而制订出符合中俄东线天然气管道安全要求的止裂韧性值(245 J)。

摘要：X90是继X80和X100管线钢后开发的新一代管线钢,已成为国内外研究的新热点。为了深入了解加载电位对X90管线钢土壤应力腐蚀行为的影响,采用电化学测试和慢应变速率拉伸试验(SSRT)的方法研究了X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在近中性模拟溶液(NS4)中不同加载电位下的应力腐蚀行为,应用扫描电子显微镜(SEM)对其断口形貌进行了观察,分析应力腐蚀行为的机理。研究结果表明:(1)NS4溶液中的X90管线钢直缝焊管母材、焊缝的极化曲线均表现为阳极溶解特征,无活化—钝化现象;(2)X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在NS4溶液中具有一定的应力腐蚀敏感性,随着加载电位的负移,用延伸率的损失率和断面收缩率的损失率表示的应力腐蚀敏感性指标先减小后增大,焊缝的应力腐蚀敏感性大于母材的应力腐蚀敏感性;(3)X90管线钢直缝焊管母材和焊缝在NS4溶液中的应力腐蚀开裂行为存在以下3种机制——外加电位为EOCP的阳极溶解机制、外加电位为-850 mV的阳极溶解+氢脆机制、外加电位为-1 000 mV和-1 200 mV的氢脆机制。结论认为,该研究成果可以为X90管线钢的大规模使用提供技术支撑和理论依据。

摘要：随着对深层碳酸盐岩、新区、页岩等油气勘探开发力度的加大,油气田的地层条件和介质环境变得更为苛刻复杂,油套管柱变形、泄漏、腐蚀、挤毁、破裂等失效事故时有发生;加上特殊结构井和特殊工艺井、特殊增产改造措施等对油套管柱提出的新要求,油套管柱面临着一系列新的挑战和难题需要破解。为此,围绕我国石油天然气工业增储上产的迫切需求和深井超深井、特殊结构和特殊工艺井、强酸/大排量高压力反复酸化压裂增产改造等复杂工况油套管柱失效频发的技术难题,历经十余年攻关,取得了一系列试验研究进展与重要技术成果,主要包括:(1)形成了基于气井全生命周期的油套管腐蚀选材评价、腐蚀控制和油套管柱完整性技术;(2)形成了油套管柱螺纹连接结构和密封可靠性设计评价及配套技术;(3)研发并形成了低渗透致密气井经济高效开发“API长圆螺纹套管+CATTS101高级螺纹密封脂”套管柱技术;(4)建立了高温高压等复杂工况油套管柱结构和密封完整性试验平台和评价技术。进而根据当前国家大力提升油气勘探开发力度的新要求和面临的新问题,提出了继续深入开展深层、酸性环境、页岩气等复杂工况油套管柱失效控制与完整性研究攻关的若干建议。结论认为,上述技术成果有力地支撑了我国重点油气田的经济有效开发。

摘要：为解决稠油热采井不断出现的套管损坏现象,改变传统的管柱强度设计方法。基于弹塑性力学理论,在满足套管柱强度设计的基础上建立套管柱应变计算模型;通过对比套管材料应变与结构应变,借助Rambery-Osgood模型得到应变安全系数最小值,提出套管柱应变设计的理论判据,形成套管柱应变设计方法。结果表明,该设计方法在西部油田8口稠油热采井Φ177.8 mm×8.05 mm TG80H特殊螺纹套管柱设计中得到应用,生产4轮次后套管柱未出现变形和泄漏现象,经过14轮次后,套管服役性能依然良好,新热采井套管柱应变设计方法允许套管在可控范围内变形,可有效延长套管使用寿命,降低套损率。

摘要：为了保障实体膨胀管现场使用安全,建立了一套系统的实体膨胀管性能评价方法,并将该评价方法按内容和使用条件分为3个系列,对每个系列设计了相应的试验项目和试验流程。根据3个系列实体膨胀管性能评价方法,对国内某制造厂生产的L80钢级139.7 mm×7.72 mm膨胀套管进行试验和评价。试验结果表明,膨胀前、后膨胀管金相组织无明显差别;膨胀后套管抗拉强度、硬度显著增大,伸长率和冲击功下降较明显,但满足API 5CT对80钢级的性能要求;静水压69.0 MPa保持30 s无渗漏,爆破压力85.9 MPa,膨胀后挤毁压力28.7 MPa,比膨胀前(66.4 MPa)下降57%,但满足API技术要求。因此,建立的实体膨胀管实物评价方法满足对石油天然气井中大多数实体膨胀管进行性能评估的要求,可保障膨胀管管材的质量和应用安全。

摘要：高通量天然气管道在使用过程中由于增压将引发局部变形,对管道材料的服役安全性会产生不利的影响。目前对于预变形引发硬化现象的研究主要集中在母材区域或焊缝区域,而对于含焊缝区域管线钢的研究则甚少。为此,以含焊缝区域的X80管线钢为研究对象,采用不同拉伸预变形量来模拟管道增压形成的单向拉应力,以此为基础研究焊缝和母材协同应变引起的加工硬化对管线钢拉伸性能的影响规律。研究结果表明:①在拉应力的作用下,焊缝区域和母材区域均发生应变响应;②焊缝区域较大晶粒尺寸可以有效增加晶界与内部位错的流动阻力,具有较高的应变硬化能力,使得再次变形时焊缝区屈服强度高于母材区,因此拉伸过程主要集中在母材区域;③预变形量越大,应变硬化现象越显著;④焊缝区的强应变响应能力导致断裂发生在母材区域并且断口形貌由微孔聚集型向准解理型断裂转变。结论认为,该研究成果可以为X80管线钢焊接工艺设计及高通量条件下的天然气管道安全评价提供理论基础和实验依据。

摘要：钛合金材料由于具有高的比强度,低弹性模量,优异的韧性、疲劳性能和耐蚀性,已经成为严酷工况环境下油井管和海洋油气开发工具的热门候选材料,但采用API、ISO的标准体系中的油套管挤毁计算方法得出的钛合金油套管抗挤毁强度缺乏验证。为此,在考虑制造缺陷的条件下,通过比较ISO/TR 10400标准中计算方法、外压强度挤毁准则计算方法、有限元模拟等3种不同方法计算出的钛合金油套管的抗挤毁强度,并与同等条件下钢制油套管的抗挤毁强度进行对比,得出了钛合金油套管的抗挤毁强度变化规律,最后选取了4种规格的钛合金油套管进行了实物外挤毁试验验证。研究结果表明:①钛合金油套管抗挤毁强度均随着径厚比的升高而下降,在径厚比值较低时,钛合金油套管和钢制油套管的抗挤毁强度相差不大,而当径厚比值较高时,钛合金油套管抗挤毁强度则显著低于钢制油套管;②强度挤毁准则方法计算出来的钛合金油井管抗挤毁强度和实际试验值较为接近,同时在径厚比大于15时,计算结果乘以0.9的系数,具有较好的安全性。结论认为,该项研究成果可以为钛合金油套管的设计、使用和管理提供参考。

摘要：为解决国内地下储气库井注采管柱气密封螺纹接头选用混乱且适用性不清的问题,首先对现有标准和气密封试验数据进行统计比对分析,发现各种气密封螺纹接头的拉伸效率相同,但其压缩效率差异大且现有标准已不适用于储气库注采管柱气密封螺纹接头的选择,认为注采管柱气密封螺纹接头的选择必须考虑管柱载荷的交变;然后结合2口储气库井注采工况,基于管柱力学理论计算获得2种规格注采管柱的最大拉伸载荷和最大压缩载荷,对比已选用的气密封螺纹接头,重点研究了接头拉伸效率、压缩效率与管柱载荷之间的关系,提出了注采管柱气密封螺纹接头优选判据;进一步利用全尺寸实物复合加载试验机对2种规格注采管柱进行多周次气密封循环试验,试验结果证实了上述判据的合理性。所提出的优选判据不仅可以作为气密封螺纹接头优选的基本依据,而且还可以作为储气库井注采管柱设计的依据,并纳入了中国石油天然气行业标准。