P110套管残余应力及其H2S腐蚀行为的研究

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P110套管具有高抗挤毁性能及良好的耐腐蚀性能,被广泛应用在深井、超深井等对套管要求苛刻的场合。在P110套管服役过程中,由于油田中大量H2S及有机酸的存在,P110套管经常提早发生腐蚀而失效,降低残余应力(绝对值)能显著提高套管的抗挤毁强度。本文研究了P110套管生产过程(轧制、调质、冷矫直、温矫直)中残余应力产生的主要原因并且系统地研究了P110套管钢在H2S溶液中的腐蚀行为。研究结果如下:(1)在P110套管的生产过程中,轧制和冷矫直是产生残余应力的主要原因,残余拉应力高达400MPa,残余压应力高达250MPa;调质后残余应力绝对值均在100MPa以下;与冷矫直相比,调质后采用温矫直可以有效地控制残余应力的产生。四种不同工序(轧制、调质、冷矫直、温矫直)下的P110套管,管壁的中部和偏内壁处均保持了较低水平的残余应力状态。(2)P110套管钢在NACE溶液中具有一定的SCC敏感性,3种组织的敏感性系数由高到低的顺序为:马氏体/贝氏体>铁素体/珠光体>回火索氏体。P110钢的在NACE溶液中的SCC过程由氢脆和阳极溶解混合控制。(3)在不含乙酸的H2S溶液中,P110钢表面形成的FeS1-X腐蚀产物平整致密,对基体有相对较强的保护作用;随乙酸含量的增加,腐蚀产物膜出现孔和裂纹等缺陷,乙酸对P110钢在H2S溶液中的阴极和阳极反应均有促进作用。在不含乙酸的H2S溶液中,P110钢的腐蚀以点蚀为主,加入乙酸后,P110钢发生了严重的均匀腐蚀和点蚀。(4)温度对P110钢在H2S溶液中的腐蚀行为有明显加速作用,温度升高促进了阳极的溶解过程,同时也促进了阴极FeSi-x腐蚀产物的形成。(5)30℃时,H2S浓度从0增大到2890.0mg·L-1,显著地加剧了P110钢的腐蚀,对P110钢的阴极析氢反应有明显的促进作用,在H2S腐蚀过程中,由于Fe3C的剥落,P110钢发生了不同程度的点蚀。
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