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40CrNiMo气田钻杆钎头应力腐蚀失效分析

2016-06-07 16:22:17
作者:本网整理
来源:中国腐蚀与防护网

普光气田是迄今为止中国南方发现的储量规模最大、埋藏最深、资源丰度最高的特大型整装海相气田。由于其H2S、CO2含量高、平均分别达15.18%和8.68%。这些酸性腐蚀介质不仅存在于气藏当中,在深层底层中其含量也较高。因此,在钻井过程中钻杆往往因发生H2S应力腐蚀和氢脆断裂而失效。


  普光气田是迄今为止中国南方发现的储量规模最大、埋藏最深、资源丰度最高的特大型整装海相气田。由于其H2S、CO2含量高、平均分别达15.18%和8.68%。这些酸性腐蚀介质不仅存在于气藏当中,在深层底层中其含量也较高。因此,在钻井过程中钻杆往往因发生H2S应力腐蚀和氢脆断裂而失效。


  从2003年普光气田勘探取得实质性突破以来,在456平方公里的面积内进行了大量的钻探勘察工作。在这些钻探勘察工作中,发生了大量的钎头脆性开裂事故,造成了重大的经济损失。图1为某次断裂钎头的宏观形貌。同种/同批钎头曾经大量应用于新疆各油气田的钻探工作,均未发生任何脆性断裂事故。新疆各油气田的环境条件与普光气田的差别就在于H2S含量上,普光气田高含H2S气体,新疆油气田高含CO2基本不含H2S。因此,从环境条件上讲,H2S对高强钢的应力腐蚀作用必须作为重点研究对象。由于钎头断裂均造成停工、打捞、修井以及安全保障工作等附加工作,每次事故均会导致数百万元损失。

  调查分析结果表明:金相和化学分析结果表明,失效钎头断口附近的组织为正常的调质组织,夹杂物尺寸和形态均正常,断口附近的化学成分正常。对失效钎头材料的力学性能测表明,该材料的屈强比较高,材料的延伸率很低,塑性降低明显,表明材料在服役过程中发生了氢脆。残余应力试验表明失效钎头的周向不存在明显残余应力。对失效断口的分析和失效材质的疲劳试验表明,钎头失效的原因之一是冲击疲劳断裂,扭转产生的剪切应力起主要作用;粗糙表面或内部较大的夹杂物促进了裂纹发生,对最终断裂失效取到促进作用。钎头开裂事故的主要原因是典型的高强钢湿硫化氢应力腐蚀开裂,属于氢脆型,并伴有腐蚀疲劳的发生。建议更换在此环境下服役的钎头的材质,在保证强度、硬度等指标的前提下,采用较低屈强比、耐疲劳和耐腐蚀的材料。提高钎头表面加工精度,尤其是内径表面的精度。在钎头使用前,进行缺陷和夹杂无损检测。

标签: 应力腐蚀, 疲劳, 氢脆, 失效分析, 硫化氢, 脆性断裂

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