水下井口的抗应力腐蚀性能及可靠性研究

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1、学号：12105419常州大学硕士学位论文水下井口的抗应力腐蚀性能及可靠性研究研究生郭泽亮指导教师裴峻峰学科、专业名称化工过程机械研究方向石油石化装备可靠性研究2015年4月StudyonAnti-stressCorrosionPerformanceandReliabilityofSubseaWellheadADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByGuoZe-LiangChemicalProcessMachineryDissertationSupervisor:Prof.PeiJun-Feng(指导教师)Apr

2、il，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借

3、阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日中文摘要近年来，我国海上相继发现了高含硫化氢的油气田，由于原油中硫化氢含量的升高使得在油气开采以及过运输程中，硫化物对油田设备的腐蚀也越发严重。硫化氢不仅会造成严重的全面腐蚀，还会引发氢致开裂(HIC)和应力腐蚀开裂(SCC)等局部腐蚀形式，随着高含硫原油开采以及加工量的增加，硫化氢腐蚀，

4、特别是湿H2S应力腐蚀开裂对石化设备的影响越来越严重，同时其所引起的事故往往是突发的、灾难性的。同时随着科学的发展和技术的进步，人们对产品的可靠性要求越来越高。及时开展对水下井口装置或材料的可靠性研究，对于解决我国石油天然气钻采过程中的安全性问题，从根本上提高石油机械产品的质量具有重要意义。因此，研究硫化氢对油气井口材料应力腐蚀规律并研究其应力腐蚀可靠性下的设计安全系数并对腐蚀后的水下井口做出应力安全性评定，对油田设备的选材及维护以及油田生产的安全性有重要作用。本文主要研究对象为水下井口，其制造材料为1Cr13马氏体不锈钢，通过慢应变速率拉伸试验、扫描电镜（S

5、EM）分析、X射线应力测定仪（XRD）分析以及金相显微分析等研究激光热处理对水下井口应力腐蚀的影响机理，为井口材料抗硫化物应力腐蚀性能的改善提供了试验和理论依据。研究结果表明原始状态1Cr13在NACE饱和H2S溶液中为脆性断裂，激光热处理后断口由脆性向韧性转变；激光热处理后应力腐蚀敏感性指数由75%下降至69.4%，激光热处理后井口材料的屈服极限和强度极限有较大的提升。激光热处理后表层残留奥氏体含量增加，残余应力由处理前的拉应力变为处理后的压应力是抗应力腐蚀性能提高的主要机制。通过应力-强度干涉理论建立了井口材料应力腐蚀可靠度计算模型，根据可靠度意义下安全系

6、数的定义推出了1Cr13井口材料最佳设计安全系数。计算表明若要使材料的可靠度保持在99%时，在其设计过程中所选用的安全系数不能小于1.02。通过有限元分析软件ANSYS，结合井口设计工况对水下井口进行了应力安全性评定以及均匀腐蚀情况下的服役寿命计算，分析表明当该井口采用1Cr13为其制造材料时，在设计工况下能够满足强度要求，具有很好的安全性；在考虑均匀腐蚀的情况下，ANSYS计算结果表明该井口I能够满足设计服役年限具有较好的安全性和可靠性。关键词：水下井口；硫化物应力腐蚀；激光热处理；可靠性；安全性IIABSTRACTInrecentyears,oilandg

7、asfieldswithhighsulfurcontenthasbeendiscoveredinChina'scoastalareas.Duetotheincreaseofhydrogensulfidecontentincrudeoilandgas,Sulfidestresscorrosionofoilfieldequipmenthasbecomeincreasinglyseriousintheprocessesofproductionandtransportationofcrudeoilandgas.Thepresenceofhydrogensulfidew

8、illnotonlycauseseri