【摘 要】
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近年来,我国海上相继发现了高含硫化氢的油气田,由于原油中硫化氢含量的升高使得在油气开采以及过运输程中,硫化物对油田设备的腐蚀也越发严重。硫化氢不仅会造成严重的全面腐蚀
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近年来,我国海上相继发现了高含硫化氢的油气田,由于原油中硫化氢含量的升高使得在油气开采以及过运输程中,硫化物对油田设备的腐蚀也越发严重。硫化氢不仅会造成严重的全面腐蚀,还会引发氢致开裂(HIC)和应力腐蚀开裂(SCC)等局部腐蚀形式,随着高含硫原油开采以及加工量的增加,硫化氢腐蚀,特别是湿H2S应力腐蚀开裂对石化设备的影响越来越严重,同时其所引起的事故往往是突发的、灾难性的。同时随着科学的发展和技术的进步,人们对产品的可靠性要求越来越高。及时开展对水下井口装置或材料的可靠性研究,对于解决我国石油天然气钻采过程中的安全性问题,从根本上提高石油机械产品的质量具有重要意义。因此,研究硫化氢对油气井口材料应力腐蚀规律并研究其应力腐蚀可靠性下的设计安全系数并对腐蚀后的水下井口做出应力安全性评定,对油田设备的选材及维护以及油田生产的安全性有重要作用。 本文主要研究对象为水下井口,其制造材料为1Cr13马氏体不锈钢,通过慢应变速率拉伸试验、扫描电镜(SEM)分析、X射线应力测定仪(XRD)分析以及金相显微分析等研究激光热处理对水下井口应力腐蚀的影响机理,为井口材料抗硫化物应力腐蚀性能的改善提供了试验和理论依据。研究结果表明原始状态1Cr13在NACE饱和H2S溶液中为脆性断裂,激光热处理后断口由脆性向韧性转变;激光热处理后应力腐蚀敏感性指数由75%下降至69.4%,激光热处理后井口材料的屈服极限和强度极限有较大的提升。激光热处理后表层残留奥氏体含量增加,残余应力由处理前的拉应力变为处理后的压应力是抗应力腐蚀性能提高的主要机制。 通过应力-强度干涉理论建立了井口材料应力腐蚀可靠度计算模型,根据可靠度意义下安全系数的定义推出了1Cr13井口材料最佳设计安全系数。计算表明若要使材料的可靠度保持在99%时,在其设计过程中所选用的安全系数不能小于1.02。 通过有限元分析软件ANSYS,结合井口设计工况对水下井口进行了应力安全性评定以及均匀腐蚀情况下的服役寿命计算,分析表明当该井口采用1Cr13为其制造材料时,在设计工况下能够满足强度要求,具有很好的安全性;在考虑均匀腐蚀的情况下,ANSYS计算结果表明该井口能够满足设计服役年限具有较好的安全性和可靠性。
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