P110套管理化性能全面质量管理应用

为了研究全面质量管理在工厂P110套管理化性能质量控制中的应用,引入工厂过程能力指数对国内两个典型油套管制造厂家进行分析评价。评价后选取过程能力指数较差的工厂从全面质量管理角度分析出存在人员技能水平有所欠缺、不善于利用“PDCA”解决问题等情况,并相应提出了改进措施,采取措施后理化性能质量控制能力大幅提高。结果表明,应用全面质量管理对制造厂套管理化性能提升有积极作用。

油基泥浆中P110套管磨损机理和耐磨性能

固井后的技术套管与旋转的钻杆接头在一定正压力下接触导致不同程度的磨损,磨损后套管抗挤毁和抗内压强度降低,威胁油气井的安全。为计算井下套管磨损深度和磨损套管的剩余强度,确定减少套管磨损的有效措施,在油基泥浆中进行了P110套管的磨损实验,测量了不同磨损时间、转速和正压力下套管的磨损效率和摩擦系数。通过套管磨损表面形貌分析,确定了套管磨损机理。油基泥浆中P110套管的磨损效率和正压力和转速成正比,磨损效率在2~4×10-131/Pa之间。各转速下套管表面的磨损机理基本相同,黏着磨损、犁沟和疲劳磨损同时发生。正压力对套管表面磨损机理的影响有较大,低接触力下套管表面磨粒和犁沟磨损同时存在,高正压力下主要发生黏着和犁沟磨损。不同转速和正压力作用下,P110套管主要发生了黏着磨损,采用基于粘着磨损机理的磨损效率模型预测井下套管的磨损程度是可行的。

压应力对P110套管钢CO2腐蚀产物膜的影响

目前,鲜见压力作用下P110钢在CO2环境中腐蚀行为的综合研究,采用高温高压釜制备了压应力作用下P110钢在CO2环境中的腐蚀产物膜,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)观察和分析了P110钢腐蚀产物膜的表面形貌和物相。利用电化学工作站得到了P110钢腐蚀产物膜在溶有饱和CO2的质量分数为3.5%的NaCl溶液中的电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化曲线和Mott-Schottky(M-S)曲线等电化学性能。结果表明:P110钢在压应力作用下能形成一层完整的腐蚀产物膜,并且压应力不会改变腐蚀产物膜的物相组成;施加引起弹性形变的压应力(30%σs,90%σs)会使腐蚀产物膜的晶粒变大,晶界减少,腐蚀产物膜中的离子微观通道减少,电荷转移电阻增大,载流子浓度减小,腐蚀电流密度减小;在引起塑性形变的压应力(103%σs)的作用下,腐蚀产物膜的晶粒略微变小,晶界略微增多,载流子浓度和缺陷数量有所增加;对P110钢施加引起弹性形变的压应力能促进腐蚀产物膜的形成,增强膜对基体的保护作用,而施加引起塑性形变的压应力会略微破坏腐蚀产物膜的完整性,但膜仍对基体具有较好的保护作用。

复杂环境下P110套管阴极保护参数电化学测试确定研究

在实验室模拟新疆油气田复杂地质环境深井下P110套管典型腐蚀工况,通过腐蚀电位测定,极化行为测试和不同极化电位下交流阻抗谱分析,以其揭示腐蚀控制机制,来确定阴极保护参数。结果表明,井下温度升高对于P110套管的腐蚀影响显著,而矿化度及pH值改变对其腐蚀过程影响轻微;所模拟的新疆油气田复杂环境下P110套管的阴极保护最小电位确定为-900～-1100 mV(vs SSE),最大保护电位为-1200～-1400 mV(vs SSE)。

超级13Cr油管在P110套管中往复磨损实验研究

采用曲柄结构往复式磨损试验机对超级13Cr钢进行磨损实验,研究不同的接触力以及不同的摩擦频率对超级13Cr钢磨损性能的影响。实验结果表明,失重量及磨损效率都随着摩擦副的接触力的增大而增大,失重量及磨损效率也都随着摩擦频率的增大而增大。而摩擦系数随着接触力和摩擦频率的改变变化不大。采用SEM观察并分析磨损表面形貌,探讨磨损机理。表明超级13Cr油管与P110套管之间的磨损机理以黏着磨损为主,表面形貌为片状剥落和犁沟共存。

环境介质对P110套管钢电化学性能的影响

模拟了新疆某油田井下地层水环境,采用恒电流法分别检测P110套管钢在不同温度、pH值、矿化度下的自腐蚀电位和极化曲线,考察了不同介质条件下P110套管的电化学性能。结果表明,相对温度而言,pH值和矿化度对P110钢电化学性能影响有限;随着温度的升高,P110钢的开路电位显著负移;温度能影响P110套管表面腐蚀产物膜特性,钝化膜的稳定性随温度上升而逐渐消失,从而导致在高温下P110钢表面不断溶解腐蚀。

P110套管螺纹断裂失效分析

某油田开采井使用的P110钢级套管在使用过程中出现断裂失效。使用宏观形貌分析、化学成分分析、金相检验、力学性能测试的方法,结合现场施工过程中失效套管的使用、维护及螺纹端部的使用状况分析,详细分析了套管螺纹断裂失效的原因并提出预防措施。结果表明:该套管断裂性质属于疲劳断裂;套管上卸扣过程中的不规范操作增大了螺纹端局部接触应力,装配过程中套管与接箍螺纹的轴线偏斜导致螺纹间存在间隙,局部接触应力过大导致螺纹面上的金属产生变形和磨损;螺纹旋进阻力增大、下井前仅部分旋入,是造成套管螺纹断裂失效的主要原因。

CO2腐蚀环境下P110套管材料性能的实验研究

针对CO2腐蚀环境下P110套管材料性能动态变化的难题,基于腐蚀实验与拉伸实验,对含腐蚀损伤的P110套管进行了力学性能分析。根据现场资料对钻井液注入CO2配置腐蚀液,将腐蚀后试件与现场失效套管的腐蚀产物进行EDS能谱分析对比,确定了腐蚀液的适用性。设置固定井深,在100℃高温时不同的腐蚀实验周期内,将所得的含腐蚀损伤试件进行质量损失测试及拉伸实验,分析了材料力学性能的变化。由MTS液压式万能试验机得出应力-应变曲线,并拟合得到了等效屈服强度变化公式及等效抗拉强度变化公式。结果表明:套管试样腐蚀后的屈服强度和抗拉强度随着失重率增大而减小,当套管试样经腐蚀后失重率低于15%时,材料的力学性能,如等效屈服强度和等效抗拉强度随失重率的增加会以较大幅度降低;而当试样失重率大于15%时,随着失重率的增加,等效屈服强度急剧减小,等效抗拉强度则以较为平缓的趋势降低。

应力时效对P110套管螺纹参数的影响

在Φ339.7mmP110高强套管研制开发中发现,螺纹加工完成后因应力时效引起管体端头直径的变化,导致螺纹参数随之变化。通过对调质处理并矫直的套管几何尺寸及螺纹参数的测量试验,测试出随时间推移钢管几何尺寸、螺纹参数的变化量,分析其变化趋势及程度。通过应力时效对钢管形体作用的机理分析,提出确保套管螺纹参数稳定的控制措施。

P110套管管体纵裂失效原因分析

某厂生产的一支P110钢级套管在防腐现场被发现存在长约7m的纵裂裂纹。为分析裂纹产生的原因,通过宏观形貌观察、磁粉检测和化学成分分析、力学性能试验等,对该支套管进行了失效分析。试验结果表明,该套管材料的化学成分、力学性能指标等符合APISPEC5CT—2011标准要求。纵裂是由于裂纹形成于轧管初期或轧管之前,后续的热处理及静水压试验使其进一步扩展,应力释放的延时效应最终造成管体表面贯穿性纵向开裂。最后提出改进措施,降低了产品报废率,挽回了经济损失,提高和稳定了产品的成材率。

P110套管矫直缺陷的分析及改进

针对P110钢级套管生产过程中出现的管端下垂度超标及矫直螺纹的问题,模拟设计了传统的无反弯双曲线辊形,并与Bronx矫直机辊形进行对比,主要原因是Bronx矫直机自带COMPASS系统推荐的矫直参数设置不合理。通过加大对辊角度、减小辊缝和挠度等优化改进试验,制定了一套新的矫直参数,管端下垂度满足了内控标准要求,消除了螺旋矫痕。

P110(27CrMo)钢级石油套管热处理工艺研究

为了获得27CrMo钢种升级为P110钢级套管的最佳热处理工艺,研究了热处理工艺对27CrMo力学性能和冲击性能的影响。研究结果表明,淬火温度和淬火保温时间对实验钢的拉伸性能影响不大,其对实验钢的冲击性能影响较大,实验钢的冲击功随着淬火温度的升高呈两段上升趋势,而随着淬火保温时间的延长呈上升趋势;随着回火温度升高,实验钢的屈服强度和抗拉强度呈下降趋势,而伸长率和冲击功均呈上升趋势。

P110套管静水压试验开裂失效分析

对静水压试验中开裂失效的P110套管进行了断口形貌观察、化学成分和金相分析、能谱分析。结果表明,导致套管失效的原因有两方面,一是管体内壁存在淬火裂纹,二是管体中存在非金属夹杂。为避免此类失效的发生,提出了生产过程中的注意环节及改进措施。

冷却速度对25MnV/P110钢级石油套管相变规律的影响

P110钢级石油套管经过调质热处理实现其良好的综合力学性能,而相变规律是制定热处理工艺的依据,对相变组织的精细控制是产品质量的根本保证。采用热膨胀法通过Gleeble-1500热模拟实验机测定了25MnV钢在1～50℃/s冷却速度下的连续冷却转变(CCT)曲线,并分析了不同冷却速度对相变规律和组织演变的影响。

不同pH氯化钠溶液对P110S油套管钢腐蚀磨损交互作用的影响

采用失重法和电化学方法研究了P110S油套管钢在不同pH氯化钠溶液中的腐蚀磨损行为,分析了试样表面的磨损产物。结果表明:试验钢在pH为3的氯化钠溶液中的腐蚀磨损速率最大,而在pH为7氯化钠溶液中的最小,在不同pH氯化钠溶液中,试验钢的腐蚀与磨损呈正交互作用;腐蚀磨损后试样的自腐蚀电位在pH为11的氯化钠溶液中最低,在pH为3,7的氯化钠溶液中相差不大,溶液pH对腐蚀磨损前试样的自腐蚀电位影响不大;随着氯化钠溶液pH的增加,试样表面磨损变形程度增大,腐蚀产物中氧、铁原子比减小。

抗硫套管钢P110SS在高含H_2S/CO_2条件下的硫化物应力腐蚀破裂敏感性

利用高温高压反应釜模拟普光气田的工况环境,采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)方法研究了抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2条件下的硫化物应力开裂(SSC)敏感性。结果表明,在腐蚀环境中P110SS的力学性能和塑性损伤比较严重;随着温度、H2S/CO2分压升高,P110SS力学性能和塑性损伤逐渐减弱,SSC敏感性降低,温度起主导作用;SSC敏感性由高到低顺序:井口工况条件>井中部工况条件>井底工况条件;井口工况是防范SSC的重点。

27CrMo钢P110石油套管调质工艺研究

采用正交试验法研究了淬火温度、淬火时间、回火温度、回火时间对27CrMo钢力学性能的影响。结果表明:淬火温度对性能影响较小;回火温度是影响屈服强度、抗拉强度和冲击功最主要的因素。根据试验结果确定了工业试验的热处理参数并进行了试验验证。当淬火温度880℃、回火温度670℃时,Ф177.8 mm×10.36 mm钢套管的屈服强度、抗拉强度、硬度、冲击功均满足P110钢级的要求并且波动较小。

抗硫套管钢P110SS在高含H_2S/CO_2、Cl^-共存条件下的腐蚀行为

采用高温高压釜模拟高含H2S/CO2的腐蚀环境,研究了Cl-对抗硫套管钢P110SS腐蚀速率、硫化物应力开裂和氢致开裂的影响。结果表明,抗硫套管钢P110SS的腐蚀速率随介质中Cl-浓度升高先增加后减小,当Cl-浓度达到50g/L时,P110SS腐蚀速率达到最大值;抗硫套管钢P110SS没有出现硫化物应力开裂和氢致开裂的裂纹,其硫化物应力开裂和氢致开裂敏感性较低,原因是均匀细小的回火索氏体组织,有益元素铬、钼、钛、钕、钒的加入以及低含量的有害元素硫和磷。

元素硫对抗硫套管钢P110SS腐蚀行为的影响

采用高温高压反应釜模拟含H2S/CO2的工况,研究了硫元素对P110SS钢在含H2S/CO2环境中腐蚀行为的影响。溶液中含硫后,P110SS钢腐蚀速率和腐蚀严重程度均明显提高。虽然P110SS钢试样未发生硫化物应力开裂,但硫的存在使P110SS钢试样的基体发生严重腐蚀而损失掉很多部分。

油套管用钢P110的CO_2腐蚀动力学研究

利用高温高压腐蚀试验及电化学原位测量技术,并辅以SEM、EDS和XRD等微观分析手段研究了油套管用钢P110在CO2分压为2 MPa、温度为100℃的3.5%NaCl水溶液中的腐蚀失重、界面反应电化学特性、腐蚀产物膜的微观形貌、成分和结构特征,探讨了油套管用钢CO2腐蚀动力学.研究结果表明:油套管用钢P110的CO2腐蚀产物为FeCO3;随腐蚀时间的延长及腐蚀产物膜的形成,平均腐蚀速率逐渐降低、趋势变缓,产物膜生长满足抛物线生长规律;腐蚀产物晶粒逐渐长大并堆垛紧密,逐渐成膜覆盖于金属表面,膜厚先增加后逐渐趋于稳定,对基体保护能力增强;不同腐蚀时间交流阻抗图谱(EIS)的拟合结果表明,极化电阻随着腐蚀时间增加逐渐增大,电极反应由最初的活化控制变为扩散控制.