抗硫管硫化物应力腐蚀开裂试验方法探讨

近年来高井深、高温高压和高含硫等苛刻腐蚀环境的油气田相继开发,对高钢级油套管需求日益增加。然而抗硫化物应力腐蚀试验的钢材强度等级增加会导致抗硫实验中加载的载荷值越来越接近材料的名义屈服强度,应力环系统的细微偏差会导致较大的实验误差。通过试验,分析了应力环在恒载荷试验中存在的主要问题,其中应力环体位移-载荷曲线偏移和附加弯矩(扭矩)是应力环恒载荷结果离散度大的主要原因。为有效解决这些问题,自主研发了带有更精准砝码载荷加载和自动调心装置的六头砝码式恒载荷试验机,经试验证实其试验结果较应力环系统更具稳定性和可靠性。此外,结合恒载荷(A法)和双悬臂梁试验(D法)特点,对油套管抗SSC试验方法给出了合理建议。

O_(2)+H_(2)S工况下抗硫油套管抗硫化物应力腐蚀开裂研究

随着油气田气举工艺技术广泛应用,管柱断裂失效时常发生,通过分析发现某些油管断裂与O_(2)/H_(2)S共存环境有关。以80SS/90SS/110SS抗硫油套管为试验材料,系统研究了O_(2)/H_(2)S和钢级对抗硫油套管抗硫化物应力腐蚀开裂(SSC)性能的影响,探讨了O_(2)/H_(2)S对材料抗SSC性能的影响机制。结果表明:O_(2)/H_(2)S工况下抗硫油套管SSC敏感性比单纯H_(2)S工况明显增加,O_(2)会引起溶液pH降低和严重腐蚀减薄,导致抗硫油套管SSC敏感性升高。随着钢级增加SSC敏感性显著升高。

硫化氢应力腐蚀开裂A法试验影响因素探讨

硫化氢应力腐蚀开裂A法试验广泛用于抗硫油套管的产品检验,影响检验结果的除了材料自身性能之外,还有众多因素可能会对检验结果产生影响,如试样加工、试验设备、试验条件、试验后评价等。分析这些影响因素,探讨相关影响因素的解决或控制方法。

抗硫油套管抗硫化物应力腐蚀开裂性能检测方法的选择与应用

概述了国内外硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验的相关标准及推荐方法的评定指标,结合油气井SSC风险分布、井下油套管的受力情况与抗SSC性能检测的目的,选取了标准拉伸试验法(NACE TM 0177中的A法)作为抗硫油套管抗SSC性能的检测方法,并给出了详细的结果评定方法。以110TS套管为例,利用标准拉伸试验法对其抗SSC性能进行了检测。结果表明:通过标准拉伸法可有效地检测出抗SSC性能不达标的油套管,避免其流入后续的生产环节,引发生产与安全事故。

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。

20钢在不同介质中的硫化物应力腐蚀开裂敏感性

采用慢应变速率试验(SSRT)研究了20钢在不同介质(分别含有不同组合的CH3COOH、NaCl和Na2S2O3混合溶液)中的应力腐蚀开裂行为,并探讨了pH、Cl-和S2O32-对该钢应力腐蚀开裂的影响。结果表明:CH3COOH、NaCl和Na2S2O3均对20钢的应力腐蚀开裂都起促进作用,三者之间还具有协同作用;该钢在10-3 mol·L-1 Na2S2O3+5%NaCl+0.5%CH3COOH溶液中的应力腐蚀开裂敏感性最强。

国产X70管线钢的硫化氢应力腐蚀性能及其焊接性

针对在含H2 S的介质中 ,不同成分条件的国产管线钢H2 S应力腐蚀开裂 (Sulfidestresscorrosioncracking ,SSCC)性能、焊接性分别采用恒载荷法及插销试验法进行了研究 ;对插销试样断口进行了电子显微镜分析。试验结果表明 ,不同C、Mn、P含量的国产X70管线钢在相同的试验条件下具有不同的SSCC断裂时间与断裂应力。其原因主要是由于它们的Mn、P元素含量的不同引起的 ,而不是C元素 ;采用LINCOLNE6 0 10焊条 ,预热 70℃时的临界应力σcr=6 30MPa ,不预热时的σcr=6 10MPa ,即预热可以使国产X70管线钢的临界应力明显提高 ;插销试样的断口形貌是由解理断裂。

鞍钢股份有限公司开发的AG110S系列抗H_2S腐蚀油井管顺利通过抗SSC性能评价

2015年6月，鞍钢股份有限公司（简称鞍钢股份）生产的AG110S系列抗H2S腐蚀油井管顺利通过国家石油管材质量监督检验中心抗SSC（硫化物应力腐蚀）性能评价。结果表明：AG110S系列抗H2S腐蚀油井管的性能优异。生产中，油井管力学性能和抗SSC性能的匹配问题尤为棘手。为了保证硫化物应力腐蚀开裂试验能够顺利通过、试样不断裂，需要尽量低地控制钢管的屈服强度.

L245NS抗硫弯管力学性能及HIC和SSC试验分析

对采用感应加热技术生产的L245NS级Φ406.4 mm×10.31 mm抗硫弯管进行了力学性能、氢致开裂（HIC）及硫化物应力腐蚀开裂（SSC）试验评价,并结合了弯管的微观组织特征分析。结果显示,经890~930℃感应淬火＋580~630℃回火空冷后,L245NS弯管强韧性能、HIC试验结果符合标准要求;其中,弯管内、外弧侧管体强度和冲击韧性相对母管均有不同程度的提高;HIC裂纹多形成在贝氏体组织及带状组织周围;在NACE TM 0177—2005试验环境下,L245NS弯管表现出良好的抗SSC性能。

抗H_2S腐蚀性能试验中的一种慢速通气方法

在依据NACE TM0177-2005中的A法进行硫化物应力腐蚀(SSC-A)试验和NACE TM0284-2011进行氢致开裂(HIC)试验时,提出了一种慢速通气方法,并采用碘量滴定法测定了溶液中H2S的质量浓度,同时对H2S在溶液中达到饱和的时间和H2S达到饱和时溶液的pH值进行了研究。结果表明:采用慢速通气法进行SSC-A试验和HIC试验分别比标准要求的快速通气方法每次试验可节约800 mL和1 695 mL H2S气体,大大降低了试验成本,减少了有毒气体H2S的排放,同时还可保证试验结果的可靠性和真实性。

抗硫套管钢P110SS在高含H_2S/CO_2环境中的腐蚀行为和硫化物应力开裂敏感性研究

利用高温高压反应釜模拟普光气田的工况环境,研究抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2环境中的腐蚀行为和硫化物应力开裂(SSC)敏感性.结果表明,随着温度和H2S/CO2分压的升高,P110SS的腐蚀速率先降低后升高,而在相当于井中部工况的环境中,钢的腐蚀速率最低,腐蚀产物膜明显脱落.在高含H2S/CO2环境中,采用四点弯曲法加载达到P110SS屈服强度的90%时,试样表面未发现裂纹,表明SSC敏感性比较低.

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。

酸性油田管线管用无缝钢管抗腐蚀性能分析

介绍对最小名义屈服强度为450 MPa(65 kpsi)的抗硫化氢应力腐蚀管线管采用四点弯曲方法制备SSC试样,进行抗H2S应力腐蚀评价,超声波探伤、冲击性能试验和金相分析的试验过程。评价试验结果显示,该抗硫化氢腐蚀管线管SSC试样通过超声波探伤未发现裂纹及开裂。评价试验试样未有明显的性能降低,内部未有氢致裂纹,具有很好的抗氢渗入能力。试样表面状态局部的微腐蚀,为表面的均匀腐蚀,腐蚀产物为FeS。管线管组织均匀、晶粒度细小,能阻止氢的进一步扩展,对材料的抗硫化氢腐蚀性能有着重要的影响。

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。

超快冷工艺对高铌X80管线钢抗腐蚀性能的影响

依据NACE标准,研究了采用新型超快速冷却工艺生产的X80管线钢抗硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)、抗氢致开裂(HIC)和抗CO2等腐蚀的情况。SSCC腐蚀实验表明,产生开裂的临界应力值在65%σs(390MPa)左右,超过此临界值,试样的腐蚀敏感性较高,抗腐蚀能力较差,在95%σs加载水平下,应力敏感性极高。HIC腐蚀实验表明,裂纹敏感百分比、裂纹长度百分比和裂纹厚度百分比均为零。抗CO2腐蚀实验表明,在CO2压力为0.1MPa条件下,平均腐蚀速率为0.6843mm/a。研究表明采用新型超快冷工艺生产的X80管线钢具有优良的抗SSCC腐蚀性能、抗HIC腐蚀性能和抗CO2腐蚀性能。

低温管线用9Ni钢焊接接头腐蚀条件及性能研究

9Ni钢是一种具有在极低温度下韧性好、抗压性能强、强度高等特点的低碳调质钢。文中试验材料为ENiCrMo-4型镍基焊丝,采用手工钨极氩弧焊焊接9Ni钢,对获得的无损检验和力学性能测试均满足标准和项目要求的焊接接头进行酸性环境的腐蚀研究。文中基于工程项目管线服役环境的介质条件,采用2种腐蚀条件对焊接接头进行氢致开裂试验和硫化物应力腐蚀开裂试验研究。研究结果表明:9Ni钢焊接接头在NACE MR0175标准溶液(φ(H_(2)S)99.5%)腐蚀条件下,氢致开裂试验试样和硫化物应力腐蚀开裂试验试样均出现开裂现象;9Ni钢焊接接头在拟合腐蚀介质(φ(H_(2)S)0.8%)条件下,硫化物应力腐蚀开裂(SSC)试验试样和氢致开裂(HIC)试验试样均无开裂现象。

循环氢脱硫塔制造中的腐蚀试验

用国产16MnR(HIC)抗氢钢制造循环氢脱硫塔的过程中,通过对板材、锻件、焊接接头做腐蚀试验的结果,证明能够满足设计要求的试验数据,即该材料在酸性气体中具有一定的抗氢、抗硫化物的特性。

管线钢的硫化物应力腐蚀开裂研究

探讨硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)的影响因素,分析了SSCC的机理和管线钢抗应力腐蚀性能评价试验方法的研究进展。管线钢的成分和组织形态对其抗应力腐蚀开裂性能有较大影响,开发科学全面的管材抗应力腐蚀开裂性能评价试验方法,对酸性环境下管线钢管的安全应用具有重要意义。

SPV50Q高强钢焊接接头在湿H_2S环境下的开裂敏感性研究

具有较高强度和良好韧性的SPV50Q钢常用于制造液化石油气(liquefiedpetroleumgas,LPG)球罐,球罐通过焊接制造后一般不经过焊后热处理,因此在焊接接头处将有焊接残余应力存在。服役经历和现场检测表明,较高H2S浓度和焊接残余应力将会导致材料产生环境失效如氢鼓泡(hydrogenblistering,HB)或氢致开裂(hydrogen-inducedcracking,HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(sulfidestresscorrosioncracking,SSCC)以及应力诱导氢致开裂(stress-orientedhydrogeninducedcracking,SOHIC)。文中通过1×10-6s-1的慢应变速率拉伸试验,对手工电弧焊焊接的SPV50Q焊接接头在不同浓度H2S水溶液中的开裂敏感性以及开裂特征进行研究。试验结果表明,SSCC和HIC发生在靠近焊接接头热影响区的母材上,不同温度下的焊后热处理将降低材料的应力腐蚀开裂敏感性,实施正确焊后热处理可提高SPV50Q焊接接头抵抗SSCC或HIC能力,而不降低钢的力学性能尤其是韧性。