80-3Cr油管钢在CO_(2)驱环境下的性能研究与应用

针对CO_(2)驱高CO_(2)分压、高H_(2)S分压、低温井筒环境造成N80、P110管柱失效的问题,开展了80-3Cr、N80、P110三种管材的耐CO_(2)腐蚀、抗H_(2)S应力腐蚀开裂、耐低温冷脆对比评价试验。结果表明,不同CO_(2)工况条件下,N80、P110、80-3Cr油管在添加缓蚀剂情况下的腐蚀速率分别为0.0549 mm/a、0.0645 mm/a、0.0333 mm/a;80-3Cr油管的腐蚀速率明显低于N80、P110油管;80-3Cr油管在不同H_(2)S环境下均未出现应力腐蚀开裂,具有较好的抗H_(2)S应力腐蚀性能;在-20℃的低温环境下,N80和P110油管冲击功分别只有80-3Cr油管的62.6%和23.2%;80-3Cr油管在CO_(2)驱油现场应用后,管柱失效率从2019年的20%下降到0,取得显著效果。

Ca^(2+)对3Cr钢在CO_(2)环境中腐蚀行为的影响

随着油气开发进入到高含水期,高Ca^(2+)、高Cl-的地层水环境对管柱的安全服役提出了更高的要求。采用高温高压釜模拟井下流态环境,结合电化学研究结果,分析了Ca^(2+)浓度和暴露时间对3Cr钢腐蚀行为的影响。结果表明:尽管Ca^(2+)的存在会促使溶液酸化,但3Cr钢在含Ca^(2+)溶液中的腐蚀速率更多取决于试样表面的膜层质量。当溶液中总Cl-浓度为128000 mg/L,Ca^(2+)浓度在0~3600 mg/L的范围内时,3Cr钢在Ca^(2+)浓度为1080 mg/L时平均失重速率最大,为2.2 mm/a。在Ca^(2+)含量为180 mg/L的环境中,3Cr钢的失重速率曲线显示3Cr钢的失重速率随时间呈反“V”变化趋势,当腐蚀时间为240 h时,试样的平均失重速率达到最大值。当将3Cr钢放入通入CO_(2)的含有Ca^(2+)的溶液中时,3Cr钢表面形成Fe_(x)Ca_(1-x)CO_(3)化合物,Fe/Ca之间并无严格的比例,产物形态取决于溶液中的Ca^(2+)含量。

Study of High Temperature Deformation and Recrystallization in W9Mo3Cr4V Steel

The behavior of high temperature deformation and recrystallization of W9Mo3Cr4V steel have been studied in this paper. Dynamic precipitation during deformation has also been investigated. In W9Mo3Cr4V steel, stress strain curves exhibit many features. The deformation structures and the effects of deformation parameters on dynamic recrystallization are more complicated than those in low alloy steels. For W9Mo3Cr4V steel, there is a large number of residual carbides on the matrix at high temperature. Also, many second carbides precipitate from the matrix during high temperature deformation. These two kinds of carbides (especially the latter) make the behavior of deformation and dynamic recrystallization in W9Mo3Cr4V steel different from those in low alloy steels. ABSTRACT:The behavior of high temperature deformation and recrystallization of W9Mo3Cr4V steel have been studied in this paper. Dynamic precipitation during deformation has also been investigated. In W9Mo3Cr4V steel, stress strain curves exhibit many features. The deformation structures and the effects of deformation parameters on dynamic recrystallization are more complicated than those in low alloy steels. For W9Mo3Cr4V steel, there is a large number of residual carbides on the matrix at high temperature. Also, many second carbides precipitate from the matrix during high temperature deformation. These two kinds of carbides (especially the latter) make the behavior of deformation and dynamic recrystallization in W9Mo3Cr4V steel different from those in low alloy steels.

IN-SITU OBSERVATION OF THERMAL FATIGUE CRACK GROWTH IN STEEL 3Cr2W8V

The growing process of thermal fatigue cracking,in steel 3Cr2WSV was observed under desk SEM fitted with sell-made minisized device for thermal faligue test.Before the growing of thermal fatigue crack,the main crack tip reveals to blunt firstly,and some holes and uncontinuous microcraeks occur in front of it.The growth is developed by bridging of main crack together with holes and microcracks.

CO_(2)、H_(2)S对3Cr钢静态腐蚀的影响

为了研究3Cr钢在不同CO_(2)、H_(2)S腐蚀介质中耐蚀性,对3Cr钢分别在1 MPa CO_(2)、0.3 MPa H_(2)S及1 MPa CO_(2)+0.3 MPa H_(2)S腐蚀环境中的腐蚀速率和电化学性能进行测试,同时采用SEM、EDS和XRD等手段对上述三种腐蚀环境中的腐蚀产物进行分析对比。结果表明,3Cr钢在1 MPa CO_(2)环境下腐蚀速率最大,通过对腐蚀产物进行分析,发现其表面未形成连续分布且具有致密性腐蚀产物保护膜是其腐蚀速率高的主要原因。电化学测试发现3Cr钢EIS阻抗在1 MPa CO_(2)中呈现单容抗弧,而在0.3 MPa H_(2)S和1 MPa CO_(2)+0.3 MPa H_(2)S环境中呈现双容抗弧,进一步印证了其在1 MPa CO_(2)环境中耐蚀性较差的结果。

含O2高温高压CO2环境中3Cr钢腐蚀产物膜特征

采用高温高压反应釜分别开展3Cr钢在CO2和O2共存、单独CO2和单独O2三种气体条件下的腐蚀实验,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)和电化学方法研究了3Cr钢在高温高压含有O2的CO2环境中的腐蚀产物膜特征.结果表明,在含有O2的CO2的条件下,3Cr钢表面腐蚀产物膜疏松多孔,主要成分为FeCO3、Fe3O4和Fe2O3,腐蚀产物中未见明显Cr元素富集,3Cr钢表现出点蚀的腐蚀形态.3Cr钢在高温高压含O2的CO2腐蚀条件下内外膜层电阻(Rf1、Rf2)和电荷传递电阻Rt均比仅含有CO2腐蚀环境的低,双电层电容(Cdl)和内外膜层电容(Cf1、Cf2)均比仅含有CO2腐蚀环境的高.含有O2的CO2条件下,其保护性显著低于单一CO2条件下形成的腐蚀产物膜.提出了在含O2的CO2气体条件下,3Cr钢表面存在由多种物质组成的腐蚀产物,这导致腐蚀产物疏松多孔,不会形成单一CO2条件下存在的显著提高腐蚀产物膜保护性的Cr(OH)3层,从而促进了3Cr钢的析氢腐蚀和酸性介质中的吸氧腐蚀的机理.

X65钢和3Cr钢作为海底管道用钢抗CO_2腐蚀性能研究

用高温高压反应釜模拟油气输送管道典型腐蚀环境,研究X65钢和3Cr钢作为海底管道用钢的抗CO2腐蚀性能。在温和腐蚀环境,X65钢与3Cr钢的平均腐蚀速率均较低,使用X65钢是安全的。随着温度和CO2分压提高,与X65钢相比3Cr钢表现出更优越的抗CO2腐蚀性能:在中等腐蚀环境3Cr钢平均腐蚀速率较X65钢大幅降低,在中等和苛刻腐蚀环境3Cr钢可有效抑制局部腐蚀的发生;在这样的腐蚀条件下,3Cr钢作为海底管道用钢较X65钢安全。3Cr钢较X65钢抗CO2腐蚀性能提高的主要原因是表面形成了富Cr的腐蚀产物膜,结构致密,对基体起到了有效的保护作用。

3Cr钢和碳钢在含CO_2环境中的腐蚀速率对比

模拟长庆苏里格油田的液体环境,并通入CO2,采用腐蚀失重法,对比研究了普通3Cr钢和碳钢在高温高压和常温常压两种条件下的腐蚀行为。结果表明:该模拟腐蚀环境中,3Cr钢和碳钢在常温常压条件下的腐蚀速率分别为0.118 mm/a及0.408 mm/a,碳钢的腐蚀速率是3Cr钢的3倍多;当温度和压力提高后,3Cr钢的腐蚀速率为1.59 mm/a,与碳钢的1.54 mm/a相当。

3Cr钢和13Cr钢在高矿化度CO_2环境中的腐蚀行为

为了预测油井管钢在高矿化度、含CO2的储层环境中可能发生的腐蚀,为该储层推荐在开发周期内安全经济的材质,采用高温高压反应釜研究了3Cr钢和13Cr钢在模拟储层环境中的腐蚀行为,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)分析了3Cr钢和13Cr钢的腐蚀产物膜特征。从腐蚀速率、清理腐蚀产物后试样的表观特征、腐蚀产物的表面形貌、横截面腐蚀试样形貌和腐蚀产物化学成分方面探讨了3Cr钢和13Cr钢在CO2环境中的腐蚀特征随温度和含水率的变化规律及反应时间对其的影响。结果表明,3Cr钢在CO2分压为0.2MPa,Cl-含量139 552mg/L的环境中会发生极严重腐蚀,且试样表面产物膜在微观上分布不均匀,存在局部不完整;13Cr钢发生轻度腐蚀,在所测试样中未观测到点蚀,即3Cr钢不适用于该高矿化度CO2环境而13Cr钢能够满足要求。

3Cr钢在CO_2环境中的腐蚀研究

利用高温高压反应釜研究了3Cr钢在模拟中海油CO2环境中的腐蚀行为。在温度60℃、p(CO2)1.5MPa及介质流速为1m/s时,两组3Cr钢均呈现较严重的均匀腐蚀,平均腐蚀速率分别达到3.85mm/a和3.24mm/a。结合SEM和EDS分析手段研究了3Cr钢的CO2腐蚀产物。结果表明,其外层结构主要是堆垛疏松、附着力弱的FeCO3晶粒,内层为富Cr产物膜。

模拟多元热流体采油温度循环、CO2-O2环境中3Cr钢的腐蚀行为

在模拟不同多元热流体采油温度循环条件(100℃×72h→60℃×72h→100℃×72h→60℃×72h,100℃×72h→60℃×72h→100℃×144h,100℃×72h→60℃×216h,分别记为1^#,2^#,3^#方案)、CO2-O2环境中对3Cr钢进行浸泡腐蚀试验,研究了试验钢的腐蚀速率、腐蚀形貌及腐蚀产物物相组成。结果表明:在1^#和2^#方案下试验钢的腐蚀速率相近,3^#方案下的腐蚀速率最小,较前二者分别下降了15.0%和14.74%;在3种方案下,试验钢表面均存在点蚀坑,其腐蚀产物膜分为两层,内层膜较致密,但存在许多微小的裂纹,外层膜疏松,存在许多孔洞;腐蚀产物均主要由Fe2O3、FeCO3、FeOOH和Cr(OH)3组成。

基于COMSOL Multiphysics的3Cr钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为研究

目前,关于低Cr钢在流动性腐蚀介质中的研究相对较少。为了进一步了解低Cr钢在实际工作环境下的腐蚀特性,尤其是在高温、高Cl-腐蚀环境中的腐蚀行为,基于大型仿真软件COMSOL Multiphysics,从静态和动态两个方面对3Cr钢在3.5%NaCl(质量分数)溶液中的腐蚀行为进行了模拟仿真,从而为3Cr钢在Cl-腐蚀环境中的使用提供参考。结果表明:浸泡液静态时,3Cr钢在3.5%NaCl溶液中具有较高的腐蚀敏感性,腐蚀等级属于严重腐蚀;3Gr钢在动态腐蚀条件下比静态腐蚀时具有更高的电化学腐蚀速率;浸泡液的流动极大地加速了3Cr钢的腐蚀过程,室温(25℃)下,浸泡溶液的流速为1 m/s时,最大腐蚀速率约为静态最大腐蚀速率的7.5倍;在25~80℃内,动态腐蚀速率先增大后减小,在60℃时为最大值。

湿气温度对3Cr管线钢CO_2腐蚀行为的影响

利用高温高压冷凝反应釜模拟深海湿气管道的现场环境,研究了湿气温度对3Cr管线钢湿气CO2腐蚀行为的影响;运用扫描电镜(SEM)和能谱(EDS)等分析技术对试样表面腐蚀产物的形貌和成分进行了分析。结果表明,在相同管壁温度(10℃)下,湿气温度在30～90℃内范围变化时,3Cr管线钢的平均腐蚀速率随湿气温度的升高而增大,且都没有发生局部腐蚀。在这些湿气温度条件下,3Cr管线钢的腐蚀产物膜是两层结构,外层膜的主要成分为FeCO3,内层为非晶态的富Cr膜。

3Cr-1Mo-1/4V钢的CCT图

采用膨胀法测定了大型临氢容器用 3Cr 1Mo 1 /4V钢的CCT图 ,结果表明 :该钢具有高的淬透性。获得完全马氏体的临界冷却速度为 1 0℃ /s ;不发生先共析铁素体转变的临界冷却速度为 0 0 1 2℃ /s。组织分析表明 ,在 3～ 0 0 2℃ /s的冷却速度范围内均获得粒状贝氏体组织。

CO_2饱和的0.5mol/L NaCl溶液中温度对3Cr低合金钢腐蚀行为的影响

低合金钢在含CO2的NaCl溶液中的腐蚀行为受温度影响很大。利用动电位极化和电化学阻抗(EIS)技术研究了CO2饱和的NaCl溶液中温度对3Cr低合金钢腐蚀过程的影响。结果表明:温度的升高促进了腐蚀过程的阴阳极反应,合金钢的腐蚀速率增大;随着温度的升高,阳极塔菲尔斜率逐渐减小,阴极塔菲尔斜率逐渐增大,电极表面的阳极区面积逐渐增大,而阴极区面积逐渐减小;温度升高对阴极过程的促进作用大于阳极过程,使Ecorr发生正向移动;温度升高提高了合金钢的腐蚀速率,但极化曲线形状基本相同,即腐蚀机理未发生变化;合金钢在CO2饱和的0.5 mol/L NaCl溶液中的电化学阻抗谱均出现2个时间常数,高频和中频段出现由双电层界面电容和电荷转移电阻引起的容抗弧,低频段出现与钝化膜相关的容抗弧,但都随着温度的升高而减小。

3Cr钢电阻焊小油管的性能

通过理化性能检测、电化学测试、高温高压CO_(2)腐蚀试验和氢致开裂试验对3Cr钢电阻焊(ERW)小油管的理化性能、电化学性能、耐高温高压CO_(2)腐蚀性能、耐H2S腐蚀性能等进行了研究。结果表明:其理化性能完全满足API SPEC 5CT-2018标准要求;3Cr钢的自腐蚀电位、阻抗均也高于N80钢的;在高温高压CO_(2)腐蚀环境中,3Cr钢的腐蚀速率为0.93 mm/a,N80钢的腐蚀速率为1.29 mm/a;3Cr钢ERW小油管母材对氢致开裂不敏感,而焊缝对氢致开裂敏感,焊缝处硬度超标是其对氢致开裂敏感的主要原因。

3Cr低合金钢的化学腐蚀行为研究

以3Cr低合金钢为研究对象,分析其在含饱和CO2的NaCl溶液中的腐蚀行为,研究不同pH下3Cr低合金钢的腐蚀形貌。结果表明,随着腐蚀介质pH值的升高,3Cr钢腐蚀产物发生沉积的数量不断增加。外层腐蚀氧化膜的主要成分为FeCO3。

3Cr板耐蚀性能的研究

运用线性极化法(LPR)和电化学阻抗谱(EIS)对其电化学性能进行了测试,实验表明3Cr板极化电位和电化学阻抗均高于碳钢,同时通过腐蚀失重法,研究比较碳钢和3Cr钢在模拟塔里木油田环境中的CO2腐蚀行为,结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,3Cr钢的腐蚀速率为0.77 mm/a,碳钢腐蚀速率为1.31mm/a,碳钢腐蚀速率是3Cr钢的1.5倍多。

热处理工艺对3Cr-1Mo-0.25V-Ti-B钢组织与性能的影响

采用光学金相、透射电镜 (TEM )、X射线衍射分析 (XRD)和力学性能测试等方法研究了热处理工艺对 3Cr 1Mo 0 2 5V Ti B钢组织与性能的影响。试验结果表明 ,该钢在空冷条件下可获得均匀的粒状贝氏体组织 ,具有良好的耐回火性和较高综合力学性能。同时 ,给出了最佳热处理工艺。

3Cr钢连铸过程的数值模拟

基于多物理场仿真软件COMSOL建立了3Cr钢连铸的二维模型,研究了模具外侧总传热系数、浇铸速度、浇铸温度对3Cr钢连铸过程的影响。结果表明:模具表面总传热系数与模具中3Cr钢的最低温度呈负相关,即传热系数越大,最低温度越小;为了保证钢棒质量,模具表面总传热系数应为600~800 W/(m^(2)·K)。当浇铸速度介于1.0~2.0mm/s时,糊状区的宽度几乎不随浇铸速度的增大而改变,浇铸速度对糊状区的影响不大,但浇铸速度应低于2.0 mm/s,否则在模具底端会出现3Cr钢非完全凝固的现象。随着浇铸温度的增加,在糊状区所产生的涡流强度减小,已凝固的3Cr钢的最大Von Mises应力降低。