CO_(2)分压对S135钢在CO_(2)/H_(2)S共存体系中腐蚀行为的影响

为了给井下油气管材的选择和腐蚀预测模型的建立提供理论依据,利用高温高压反应釜进行S135钢在CO_(2)/H_(2)S共存体系中的腐蚀模拟试验,采用失重法、恒载荷法、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、三维轮廓扫描仪等手段研究了CO_(2)分压对S135钢在温度100℃、CO_(2)/H_(2)S共存体系中腐蚀行为的影响及规律。结果表明,随CO_(2)分压升高,S135钢的腐蚀速率增大,屈服强度损伤加剧,CO_(2)分压为5,10,15,20 MPa时,其屈服强度(σs)损伤率分别为1.4%、3.6%、4.5%和15.9%;抗拉强度(σb)损伤率分别为1.2%、3.4%、5.2%和15.4%。S135钢在低CO_(2)分压下发生全面腐蚀,随CO_(2)分压增大发展为以全面腐蚀为主,辅以局部腐蚀。应力腐蚀裂纹在萌生阶段以局部阳极溶解作用(点蚀)为主,随CO_(2)分压增大应力腐蚀裂纹更易生长,应力腐蚀敏感性增加,加剧了基体的腐蚀进程。

温度对S135钢和G105钢在CO_(2)/H_(2)S共存体系中腐蚀行为的影响

在气体分压分别为20,0.1 MPa的CO_(2)/H_(2)S共存模拟油田地层水中,利用高温高压釜在不同温度(室温、100℃、180℃)下对S135钢和G105钢进行腐蚀试验,研究了温度对2种钢腐蚀行为的影响。结果表明:100℃下S135钢和G105钢的腐蚀速率最大,分别为0.8463 mm·a^(-1)和0.8500 mm·a^(-1),180℃下的腐蚀速率最小,分别为0.2291 mm·a^(-1)和0.2309 mm·a^(-1);100℃下钢表面腐蚀产物主要为FeCO3和FeS,此温度下CO_(2)为腐蚀主控因素,室温和180℃下的腐蚀产物主要为FeS,H_(2)S为腐蚀主控因素。

S135钻杆摩擦焊接头热处理后的组织和性能

36CrNiMo4A钢制S135钻杆的工具接头和管体采用摩擦方式进行焊接 ,对摩擦焊接头进行了适当热处理。对钻杆工具接头、管体、焊合区三点弯曲试样的断裂韧度进行了测试 ,分析了弯曲试样的微观组织和断裂形貌以及接头焊合区韧性损伤的原因。结果表明 ,S135钻杆经摩擦焊接和热处理后 ,改善和提高了摩擦焊接头焊合区的组织和性能 ,其断裂韧度值JIC达到 4 8kJ/m2 ,钻杆钻井深度超过 5 30 0m ,满足了使用要求。

S135钻杆钢在钻井液中的氧腐蚀行为

基于系统的理论分析和现场腐蚀产物的XRD分析,揭示了S135钻杆钢在3%NaCl溶液中的氧腐蚀机理。为研究腐蚀因素与腐蚀速率的关系,通过室内高压釜动态模拟实验,分别研究了钻井液中含氧量、钻井液温度、钻井液流速和钻井液盐浓度对S135钻杆钢的氧腐蚀速率影响规律。实验研究结果表明(1)3%NaCl盐水钻井液对S135钻杆钢的腐蚀主要是氧去极化作用所致;(2)钻井液含氧量和钻井液流速的增加会加快钻杆钢的氧腐蚀速率,而钻井液温度和含盐量对钻杆钢的氧腐蚀速率具有双重作用。

S135钢在含CO_2聚合物钻井液中腐蚀研究

利用高温高压反应釜研究油田常用的四种S135钢在含CO2聚合物钻井液中腐蚀行为。结果表明,平均腐蚀速率随温度或CO2分压增大而先增大然后降低;随流速增大而升高。S135钢在动态液相中的平均腐蚀速率远大于动态气相,无论在液相还是气相S135钢平均腐蚀严重情况依次为S135(A)>S135(B)>S135(C)>S135(D)。该实验条件下(温度为100℃,CO2分压为3MPa,流速为2m/s,腐蚀时间为96h),S135钢气相局部腐蚀比较轻微,其点蚀系数介于1.12～1.49,液相局部腐蚀比较严重,其点蚀系数介于1.40～5.22。用聚合物钻井液钻遇高含CO2气层时,建议采用S135(D)钻杆,最好不用S135(A)或S135(B)钻杆。

石油用S135钻杆钢氢渗透与氢致滞后开裂行为

通过电化学渗氢技术与恒载荷拉伸试验方法,研究了不同充氢电流密度下S135钻杆用钢的氢扩散系数、试样中的可扩散氢浓度及其氢致开裂门槛应力。结果表明,S135钻杆用钢在0.5 mol/L H2SO4+0.25 g/L As2O3溶液中电化学充氢后的可扩散氢浓度C0与充氢电流密度的平方根i成正比,恒载荷条件下,氢致开裂门槛应力σHIC随可扩散氢浓度的对数lnC0的升高而下降。

S135钻杆的摩擦焊接、热处理对其组织与性能的影响

对S135钻杆同种钢材36CrNiMo4A的摩擦焊接、热处理工艺参数及其强韧性进行了试验分析和研究,分析了原有摩擦焊接和热处理工艺造成接头韧性偏低的原因,优化了摩擦焊接和热处理工艺参数,改善和提高了S135钻杆的组织和性能,达到甚至超过了同类产品NKKS135钻杆的组织和性能。

S135钻杆钢的拉扭复合加载疲劳行为

采用疲劳实验和回归分析相结合的方法,研究了S135钻杆钢在拉扭复合加载条件下的疲劳行为,并对疲劳断口进行了微观分析。结果表明:当τa/σeq=0.7时,由拉扭应力幅对应的当量应力表示的疲劳寿命公式可很好地描述S135钻杆钢的拉扭疲劳寿命规律;疲劳断口由疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速瞬断区组成,疲劳裂纹从试样表面萌生,并向试样内部扩展,且常为多疲劳源,不同疲劳源断口的连接和复合加载形成所谓的"屋脊"状特征;拉扭疲劳断裂试样裂纹源区的微观断口特征为明显的河流花样,裂纹扩展区的微观断口特征为疲劳条带与涟波状花样。

S135材料疲劳性能测试及P-S-N模型的优选

钻具的失效大多为疲劳断裂,钻具的疲劳失效严重制约了安全施工。为解决钻杆材料疲劳寿命的准确描述问题,以S135钻杆材料为例,首先采用疲劳试验机测得材料的疲劳性能,基于试验数据分别采用正态分布模型、对数正态分布模型、Weibull两参数分布模型、Weibull三参数分布模型和指数分布模型进行数据处理,综合评价优选出描述能力最好的概率分布模型,并用该模型计算一定存活率下的疲劳寿命;然后通过一定存活率下的疲劳寿命和应力水平分别采用Basquin S-N模型、指数S-N模型和三参数幂函数S-N模型建立材料的P-S-N曲线模型;最后通过综合评价优选出拟合能力最强的P-S-N模型,并绘制P-S-N曲线。结果表明：S135材料在中长疲劳寿命区,Weibull三参数模型在四级应力水平下的线性相关系数均大于0.99,综合评价能力最好;在存活率分别为50%、90%和99%时,三参数幂函数S-N模型的拟合系数均大于0.974,综合拟合效果最好。研究表明,采用Weibull三参数概率分布模型和三参数幂函数S-N曲线模型能准确描述S135钻杆材料的疲劳性能,得出的P-S-N曲线为S135钻杆的疲劳寿命设计提供依据。

S135钻杆管体热处理工艺研究

研究了不同淬火温度和回火温度对S135钻杆组织和力学性能的影响。试验结果表明:随着回火温度的提高,试验钢的屈服强度和抗拉强度下降,而塑性和韧性上升;淬火温度对试验钢性能影响不大;在880℃淬火、保温30 min,540~580℃回火、保温60 min,试验钢有较好的力学性能。

S135钻杆钢扭转疲劳寿命及断裂特征

针对钻杆在循环应力下的疲劳问题,通过室内试验测定了S135钻杆钢的扭转疲劳寿命,得到了扭转疲劳的Δ-τN曲线,应用统计分析方法得到扭转疲劳寿命公式,并采用扫描电镜(SEM)对疲劳断口进行了观察和分析。结果表明,扭转疲劳裂纹形成于光滑试样表面,且疲劳源的大小随切应力幅值的增加而增加;在疲劳源与疲劳裂纹扩展处的微观形貌特征为典型纯滑移型断裂,在裂纹扩展处涟波状花样区域的大小随切应力幅值的增加而增大。

不同应力比下S135钻杆钢疲劳裂纹的扩展行为

采用疲劳性能测试与回归分析相结合的方法,研究了S135钻杆钢在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为,获得了其在稳定扩展区和近门槛区的疲劳裂纹扩展速率表达式,并探讨了其疲劳断裂机制。结果表明:随着应力比R的增加,疲劳裂纹扩展速率曲线向左上方移动,da/dN增大,ΔKth呈线性减小的趋势;近门槛区断口为解理断裂机制,稳定扩展区断口以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在解理断裂。

提高S135钻杆强韧性的热处理工艺研究

采用等温淬火工艺和回火工艺对S135钻杆管体进行热处理,研究了等温淬火时间和回火温度对其强韧性的影响。试验结果表明:随着等温淬火时间的延长和回火温度的提高,钻杆管体材料的屈服强度和拉伸强度下降,而塑性和韧性指标上升;等温淬火时间和中低温回火对其韧性影响较小。介绍了显著提高钻杆管体材料韧性的热处理工艺制度。经该工艺处理后S135钻杆管体的屈服强度指标不变或降低3.5%,韧性指标明显上升,增幅达38%。

应力比对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响

利用疲劳试验机和扫描电镜研究了在弱碱性介质(质量分数为3.0%的KCl溶液)中不同应力比R(0.1,0.3,0.5,0.7)对S135钻杆钢腐蚀疲劳行为的影响,并得到了该钻杆钢腐蚀疲劳裂纹扩展表达式和疲劳裂纹临界撕裂点的应力强度因子幅值ΔK与R的关系式。结果表明:随着R的增大,试样裂纹扩展临界撕裂点和最终撕裂点对应的ΔK逐渐减小(R和临界撕裂点的ΔK值之间呈明显的线性关系),试样的腐蚀疲劳裂纹扩展速率增大,腐蚀疲劳相对寿命减小,裂纹开裂由疲劳条带扩展机制转化为解理扩展机制。

S135钻杆钢预腐蚀后的弯曲疲劳性能

目的考察有机盐钻井液对S135钻杆材料腐蚀及疲劳性能的影响。方法首先利用高温高压釜模拟有机盐钻井液井筒的工况环境,对疲劳试样进行预腐蚀,通过点蚀仪测定试样表面的腐蚀状况;然后利用旋转弯曲疲劳试验机在不同弯曲应力条件下对预腐蚀试样和未腐蚀试样的疲劳性能进行测试,算得不同存活率下的疲劳强度,并绘制不同存活率下的S-N曲线。用体视显微镜和扫描电镜观察预腐蚀试样和未腐蚀试样的疲劳断口形貌,进而得出S135钻杆材料表面腐蚀对其疲劳寿命的影响程度和影响机制。结果经过腐蚀的试样表面有较多腐蚀坑,腐蚀坑深度在0.4~0.7 mm之间。未腐蚀试样的疲劳强度为553 MPa,其疲劳断口只观察到单个疲劳裂纹源;腐蚀试样的疲劳强度为409 MPa,其疲劳断口观察到多个疲劳裂纹源。S135钻杆材料腐蚀疲劳开裂敏感性指数为26%。结论经过高温高压有机盐钻井液环境腐蚀后,试样表面点蚀严重,腐蚀坑底部存在应力集中并导致裂纹源的形成,多个裂纹源的同时生长加快了裂纹的扩展,最终降低S135钻杆钢的疲劳强度。

某井S135钢级钻杆腐蚀失效原因

某井S135钢级钻杆在钻进约2 395 m时发生腐蚀失效。采用宏观形貌、断口形貌观察,显微组织分析,化学成分、硬度、腐蚀产物成分测试对其失效原因进行了分析。结果表明:该钻杆的失效方式为腐蚀疲劳失效,钻杆内壁的氧含量偏高及内壁加厚过渡带区域存在应力集中,导致加厚过渡带区域发生严重点蚀,点蚀坑底部萌生疲劳裂纹并扩展,最终钻杆失效;建议使用内壁带防腐涂层的钻杆,并在钻井液中添加缓蚀剂,降低溶解氧对内壁的腐蚀作用,同时优化井深结构,减缓内壁加厚过渡带区域的应力集中。

回火温度对S135钻杆摩擦焊焊接接头性能的影响

研究了不同回火温度对S135钻杆摩擦焊焊接接头组织和性能的影响规律。采用极化曲线测试、拉伸实验、硬度测试和示波冲击测试等手段研究了S135钻杆摩擦焊焊接接头的耐蚀性、强度、硬度、韧性,并利用金相显微镜对焊接接头的微观组织进行了观察。结果表明:回火温度对S135钻杆摩擦焊焊接接头组织和性能有较大的影响,随着回火温度的升高,强度、硬度降低,塑性和韧性增加。耐蚀性随回火温度的升高先增后减,在550℃达到最佳。本试验条件下的最佳回火温度为550℃。

应用Profibus实现WinCC和多处理器S5-135U PLC的通信

介绍了应用Profibus实现WinCC和多处理器S5 135UPLC的通信方法 。

复相化处理对S135钻杆钢组织和性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及力学性能测试等方法,研究了复相化处理对S135钻杆钢显微组织及力学性能的影响。结果表明:在760～800℃进行复相化处理,获得铁素体+马氏体的双相组织。随着复相化处理温度的升高,马氏体体积分数不断增加,铁素体体积分数不断减少,材料的硬度和强度升高,塑性和韧性下降,材料由韧性断裂向脆性断裂转变,其微观断口形貌由最初的韧窝转变为解理。复相化处理后,材料的应变硬化指数n升高,且由原来的一个n值变为两个n值。

低温PSL-3S135钻杆用无缝钢管的开发

介绍了低温PSL-3 S135钻杆用无缝钢管的主要技术指标、钢种设计、生产工艺流程及力学性能检测结果。通过合金化技术、纯净钢冶炼、控制轧制、热处理等手段,保证了PSL-3 S135钻杆用无缝钢管具有较高的屈服强度,同时又具有良好的低温冲击韧性和优良的高温强度。检测结果表明:生产的低温PSL-3 S135钻杆用无缝钢管的屈服强度高于950 MPa,-20℃管体纵向全尺寸冲击功∧100 J,可以保证该S135钻杆在苛刻条件下的使用安全性。