论文部分内容阅读
随着石油工业的发展,油气井不断向深井、超深井发展,开采环境越来越苛刻,油井管的服役条件也越来越恶劣。油井管不仅受到Cl-、H2S、CO2和O2等腐蚀介质的破坏,还受到交变载荷作用,腐蚀环境与交变载荷共同作用产生腐蚀疲劳破坏。在腐蚀疲劳过程中,裂纹萌生寿命占总寿命的10%,裂纹扩展寿命占总寿命的90%,因此,研究油井管的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,可有效预测服役条件下的剩余寿命。本文主要研究,含CO2环境下油井管的腐蚀疲劳裂纹扩展速率,并建立相关的寿命预测模型。腐蚀疲劳裂纹扩展的影响因素包括环境因素、应力状态和材料特性,在实验过程中,通过改变腐蚀环境和应力状态,研究P110和13Cr油管的腐蚀疲劳裂纹扩展特性。腐蚀介质分别为大气环境(作为对比实验)、3.5wt%Na Cl溶液和CO2-Cl-共存环境,大气环境下交变载荷频率为10Hz,腐蚀环境下频率分别为10Hz、5Hz和1Hz,分别得到不同条件、不同应力强度因子下,油管腐蚀疲劳裂纹扩展速率。最后,通过扫描电镜进行断口相貌观察和能谱分析,得出以下结论:(1)大气环境下,油管的疲劳裂纹扩展速率仅与应力状态有关,可以当作纯疲劳。(2)在3.5wt%Na Cl、CO2-Cl-腐蚀介质中,载荷频率降低,每周期内的腐蚀损伤时间变长,油管的腐蚀疲劳裂纹扩展速率加快。(3)P110油管腐蚀疲劳裂纹扩展速率受频率影响较明显,该油管耐腐蚀性较差,腐蚀损伤增加,会加快油管断裂失效。13Cr油管疲劳裂纹扩展速率受频率影响较小,当频率较高时裂纹扩展速率变化不大,只有频率较低时裂纹扩展速率增加。(4)根据断口形貌和能谱分析,在Cl-腐蚀环境中P110油管损伤表现为点蚀破坏,与Cl-环境扩展速率相比,CO2-Cl-共存腐蚀环境中P110油管腐蚀疲劳裂纹扩展速率变化不大;Cl-腐蚀环境中13Cr油管为沿晶断裂失效,CO2-Cl-共存腐蚀环境中,CO2会促进13Cr油管的腐蚀疲劳失效。