不同载荷作用下外包覆保温油管隔热性能试验研究

保温油管在稠油蒸汽注采、高含蜡油田防蜡、气井天然气水合物解堵中具有广泛的应用。利用油/套管柱非均匀加载试验装置和热循环温度监测系统,对全尺寸外包覆保温油管(简称保温油管)进行拉伸、弯曲、外压试验后的隔热性能对比试验,研究了不同服役载荷对保温油管隔热性能影响的主控因素。结果表明:保温油管下深2000 m内,拉伸、弯曲载荷下,外包覆保温油管内管和外管无相对滑动或脱落;随着外压载荷的增大,保温油管的变形程度增大;在水介质中未加载情况下,从100℃初始温度开始,20 min时,保温油管与P110油管温差达到最大值55.4℃,此时油管的温度降幅为保温油管的4.7倍;在空气中不同载荷作用下,初始温度为100℃,20min时,保温油管保温效果均稍有降低,最大温差为3.5℃,载荷对保温油管隔热性能影响大小的排序为:外压>弯曲>拉伸。

40Cr钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对40Cr调质钢进行表面纳米晶结构制备,并利用TEM、XRD、GX-71型金相显微镜和TUKON2100显微/维氏硬度计等对表面纳米层的组织结构和显微硬度进行了分析研究。结果表明,经过SFPB表面处理后,在40Cr调质钢表面晶粒细化,形成了随机取向的铁素体和渗碳体纳米晶粒,晶粒尺寸达到10 nm,纳米层厚度为40μm;纳米晶粒尺寸随着距表面距离增加而增大,纳米化主要是位错运动的结果;经SFPB处理后表层的显微硬度提高到526HV,且随着深度的增加硬度迅速降低。

φ165.1mm钻铤内螺纹接头失效分析

对内螺纹接头失效的钻铤进行了化学成分、力学性能和显微组织分析,并采用扫描电镜和X射线能谱仪对断口形貌及夹杂物成分进行了分析,找出了钻铤内螺纹接头失效的原因。结果表明:该钻铤内螺纹接头失效为早期疲劳失效;导致其疲劳失效的主要原因有钻铤内螺纹根部加工不光滑,使该处在交变载荷作用下应力集中严重,首先萌生微裂纹成为疲劳源;钻铤内螺纹型号和内外径尺寸不合标准要求以及材料中含有数量较多的MnS夹杂物也都大大降低了其疲劳性能,加速了疲劳裂纹的萌生和扩展。

40Cr钢表面纳米化组织与性能的研究

采用超音速微粒轰击技术(SFPB)对40Cr调质钢进行表面纳米晶结构层的制备,利用TEM、XRD、GX-71型金相显微镜和TUKON2100显微/维氏硬度计等对表面纳米层的组织结构、硬度以及耐磨性进行了分析研究。结果表明:经过SFPB表面处理后,40Cr调质钢表面晶粒细化,形成了随机取向的铁素体和渗碳体纳米晶粒构成,晶粒尺寸达到10nm,纳米层厚度为40μm。纳米晶粒尺寸随着距表面距离的增加而增大,纳米化主要是位错运动的结果。经SFPB处理后,表层的显微硬度提高到526HV,且随着深度的增加,硬度迅速降低,表面的耐磨性也明显提高。

G105钢制钻杆腐蚀失效的原因

某φ127mm G105钢质钻杆表面在服役过程中发生了严重的局部腐蚀。通过力学性能分析、宏观及微观腐蚀形貌观察,并结合能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法研究了该钻杆腐蚀失效的原因。结果表明:钻杆管体表面发生严重了点蚀且呈条带状分布;在钻杆管体和接头的过渡区也发生了严重的点蚀;引起点蚀的主要原因是氧腐蚀、Ca2+等离子引起的垢下腐蚀;氯离子的存在加速了钻杆的局部腐蚀。

超音速微粒轰击0Cr18Ni9钢表面纳米化的研究

采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对0Cr18Ni9钢进行表面纳米化;利用金相显微镜(OM)、X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究表层的组织结构变化,并进行了显微硬度测试分析。结果表明,经SFPB处理后,形成了约30μm厚的纳米层,样品表层发生应变诱导马氏体相变;孪晶形变是0Cr18Ni9钢表面纳米化过程的主要变形方式;表面纳米化是晶粒细化与马氏体相变共同作用的结果,与基体相比,SFPB处理后材料的表层硬度显著提高。

40Cr钢表面纳米化对气体渗氮行为的影响

采用超音速微粒轰击技术对40Cr钢经调质处理后进行单面表面纳米化,使其表面形成晶粒尺寸约10nm的纳米晶层,然后对试样进行不同温度和时间的低温气体渗氮。利用金相法,硬度法和X射线衍射法对试样两面的渗氮层进行分析对比。结果表明:纳米层表面形成氮化物的温度可降至300℃左右,而在450℃时,原始粗晶面气体渗氮才形成连续的氮化物层。主要原因是表面纳米化后大量的晶界为氮原子的扩散提供了通道,同时,晶界和晶内存在的缺陷也可降低氮化物形成的氮势门槛值。

典型国产管线钢的组织和力学性能

选取国内钢厂生产的X60、X70、X80和X100管线钢,利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了上述管线钢的显微组织,采用拉伸、冲击、落锤试验方法检测和统计了其力学性能。结果表明:X60管线钢为多边形铁素体和珠光体的混合组织,X70、X80、X100为粒状贝氏体和多边形铁素体为主的混合组织,部分还含有少量珠光体;X70、X80和X100管线钢的综合力学性能明显优于X60管线钢,X70、X80和X100管线钢的强度依次增加而各级管线钢在-20℃冲击韧性的分布范围并未发生大幅变化;粒状贝氏体比珠光体-铁素体具有更优越的强韧化机制是促使X70、X80和X100管线钢获得更佳综合力学性能的重要原因。

φ139.7mm钻杆内螺纹接头纵向开裂失效分析

通过力学性能测试、化学分析、金相组织和断口分析,并结合受力状态,对某井φ139.7 mm钻杆内螺纹接头纵向开裂原因进了行分析。结果表明,钻杆接头纵向开裂失效的原因是内外旋合螺纹之间发生剧烈的摩擦作用导致内螺纹牙顶形成"马氏体"白亮层组织,裂纹从白亮层内萌生,由于材料的横向冲击功明显小于纵向冲击功,裂纹沿纵向脆性扩展,最终导致钻杆接头发生纵向开裂失效。

1例φ244.5mm套管断裂试验分析研究

为了分析某井在钻井作业过程中发生的上层φ244.5 mm技术套管断裂失效事故原因,对失效套管材料的化学成分、金相组织和力学性能进行了检测分析,结合套管失效形貌的宏观分析和套管使用过程中的工况分析,得出了套管螺纹发生断裂失效是由于钻具对套管的撞击、摩擦使套管螺纹根部产生疲劳裂纹,最终导致套管断裂;失效套管的材料缺陷加速了裂纹的萌生和扩展。

某稠油井用高温蒸汽注汽管爆裂失效分析

通过对某油田稠油井发生爆裂的高温蒸汽注汽管进行宏观分析、化学成分分析、金相检验、力学性能测试以及扫描电镜断口分析,找出了该管爆裂失效的原因。结果表明:该高温蒸汽注汽管线的爆裂性质为脆性开裂,开裂起源于管表面的两处机械损伤;导致其爆裂失效的主要原因是该管在服役过程中由于水击作用发生了胀径,使注汽管壁厚不均匀;同时管表面存在的机械损伤减小了注汽管的有效壁厚,降低了该处材料的韧性,两方面共同作用最终导致了注汽管爆裂的发生。

N80防腐油管腐蚀失效分析

某油田注水区块的镍磷镀防腐N80油管在服役108个月后发生了严重的局部腐蚀。通过腐蚀形貌观察和腐蚀产物分析,确定了镍磷镀油管发生腐蚀的原因。结果表明,镍磷镀层含孔隙缺陷,镀层局部厚度太薄以及溶解氧、Ca2+、Mg2+、Cl-等腐蚀介质的作用导致内表面镀层发生了腐蚀破坏并大面积剥落,镀层剥落后,N80油管发生了严重局部腐蚀。

HFW套管焊缝不同缺口位置的韧性研究

通过对不同厂家J55钢HFW套管焊缝进行系列夏比冲击试验,分别使用维氏硬度、金相观察和扫描电镜方法对焊缝处韧性、硬度、微观组织和断口特征进行了研究。结果表明,随着V形缺口底部圆弧中点与焊缝熔合线间距的增加,珠光体数量增多,硬度增大,冲击韧性逐步增高且离散度增大,断口形貌由脆性解理断口转变为韧窝型断口。提出了在HFW套管焊缝冲击韧性检测时应增加试样数量并控制V形缺口底部圆弧中点与焊缝熔合线间距的建议。

镍磷镀油管在某油田注水井中的损伤原因

采用SEM、EDS和XRD等表征手段分析了在注水井中使用23~65个月的镍磷镀油管的表面腐蚀产物形貌、成分和结构,并对镍磷镀层和油管钢基体的失效原因和腐蚀机理进行探讨。结果表明:服役后,油管表面镍磷镀层均发生了不同程度的损伤,油管钢基体也发生了腐蚀,64.2%的镍磷镀油管因腐蚀引起的壁厚减薄大于标准要求(缺陷深度小于12.5%管体名义壁厚);镍磷镀层厚度太薄,油管前处理工艺不达标,以及Cl-引起的腐蚀是镍磷镀层失效的主要原因;镍磷镀层失效后,腐蚀介质直接与油管钢基体接触,发生溶解氧腐蚀、二氧化碳腐蚀和垢下腐蚀。

注水井K1型涂层油管腐蚀行为研究

某油田注水区块的内涂层防腐油管在油井下部发生严重腐蚀失效。为分析K1型涂层失效原因,取不同井深服役的内涂层防腐注水井油管,通过金相分析、腐蚀形貌观察,并结合能谱(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法对取样油管进行了分析,确定了内涂层油管发生腐蚀的原因。结果表明,K1型涂层的抗热老化性能差是导致注水井油管涂层起泡和剥落失效的主要原因,进而使油管发生腐蚀失效。

某井油管接箍开裂原因分析

对某井在酸化压裂过程中油管接箍开裂导致的脱扣事故进行了调查研究,通过化学成分分析、力学性能试验、金相检验和断口微观分析等方法对开裂接箍进行了失效分析,同时对该批油管抽样进行了质量检查。结果表明:接箍开裂是由于其本身存在原始缺陷,原始缺陷在使用过程中扩展导致其开裂;抽检的其他油管质量合格。最后为了安全使用该批剩余的油管,防止类似事故的再次发生,提出了具体的预防措施。

某井超级13Cr油管接箍开裂原因分析

对某井油管接箍开裂事故进行了调查研究,对开裂接箍断口形貌进行了宏观分析和微观分析,对开裂接箍进行了化学成分分析、力学性能试验、金相分析。试验结果表明:油管接箍断口源区存在原始缺陷,接箍材料强度偏高,在修井过程中原始缺陷扩展导致接箍开裂。油管接箍开裂导致油管接头脱扣。

L415直缝电阻焊管开裂原因分析

通过对发生泄漏失效的直缝电阻焊管进行宏观分析、化学成分分析、金相分析、力学性能及电子显微镜分析,结果表明,该管发生泄漏失效的原因为焊接工艺不合理,焊缝冲击功较低,在熔合线内残留有大量的灰斑夹杂引发焊缝开裂。

P110钢级油管接箍开裂失效分析

P110钢级油管应用于某井的试油作业过程中,短时间内发生了大量的接箍纵向开裂失效。通过宏微观分析、化学成分分析、力学性能试验、金相检验以及腐蚀产物分析等方法分析了该接箍开裂的原因。结果表明:开裂起源于接箍外表面,系油管材料在井筒内硝酸盐介质作用下于承受周向拉应力最大的接箍外表面处发生应力腐蚀开裂。

KXS2-2-3井S13Cr110特殊螺纹接头油管断裂原因分析

对KXS2-2-3井S13Cr110特殊螺纹接头油管工厂上扣端断裂事故进行了调查研究。对油管断口进行了宏观分析和微观分析以及金相分析,判断油管断裂属于应力腐蚀开裂。2根油管外螺纹接头断裂位置全在工厂上扣端接箍端面位置,这与工厂上扣扭矩值比现场上扣扭矩值高有一定关系。对断裂油管和新油管理化检验结果表明,油管材料符合标准规定和用户要求。