40CrNiMo氣田鉆桿釬頭應力腐蝕失效分析
2016-06-07 16:22:17 作者:本網整理 來源:中國腐蝕與防護網 分享至:


  普光氣田是迄今為止中國南方發現的儲量規模最大、埋藏最深、資源豐度最高的特大型整裝海相氣田。由于其H2S、CO2含量高、平均分別達15.18%和8.68%。這些酸性腐蝕介質不僅存在于氣藏當中,在深層底層中其含量也較高。因此,在鉆井過程中鉆桿往往因發生H2S應力腐蝕和氫脆斷裂而失效。


  從2003年普光氣田勘探取得實質性突破以來,在456平方公里的面積內進行了大量的鉆探勘察工作。在這些鉆探勘察工作中,發生了大量的釬頭脆性開裂事故,造成了重大的經濟損失。圖1為某次斷裂釬頭的宏觀形貌。同種/同批釬頭曾經大量應用于新疆各油氣田的鉆探工作,均未發生任何脆性斷裂事故。新疆各油氣田的環境條件與普光氣田的差別就在于H2S含量上,普光氣田高含H2S氣體,新疆油氣田高含CO2基本不含H2S。因此,從環境條件上講,H2S對高強鋼的應力腐蝕作用必須作為重點研究對象。由于釬頭斷裂均造成停工、打撈、修井以及安全保障工作等附加工作,每次事故均會導致數百萬元損失。

  調查分析結果表明:金相和化學分析結果表明,失效釬頭斷口附近的組織為正常的調質組織,夾雜物尺寸和形態均正常,斷口附近的化學成分正常。對失效釬頭材料的力學性能測表明,該材料的屈強比較高,材料的延伸率很低,塑性降低明顯,表明材料在服役過程中發生了氫脆。殘余應力試驗表明失效釬頭的周向不存在明顯殘余應力。對失效斷口的分析和失效材質的疲勞試驗表明,釬頭失效的原因之一是沖擊疲勞斷裂,扭轉產生的剪切應力起主要作用;粗糙表面或內部較大的夾雜物促進了裂紋發生,對最終斷裂失效取到促進作用。釬頭開裂事故的主要原因是典型的高強鋼濕硫化氫應力腐蝕開裂,屬于氫脆型,并伴有腐蝕疲勞的發生。建議更換在此環境下服役的釬頭的材質,在保證強度、硬度等指標的前提下,采用較低屈強比、耐疲勞和耐腐蝕的材料。提高釬頭表面加工精度,尤其是內徑表面的精度。在釬頭使用前,進行缺陷和夾雜無損檢測。

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