均匀腐蚀下油气井套管的强度及其寿命

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1、研究石C油化工腐蚀与防护orrosion＆ProtectioninPetrochemicalIndustry2010，27(6)-10·十一+综+一+++、。下：、、一十均匀腐蚀下油气井套管的强度及其寿命慕立俊，张军赵文轸靖立君陈雷(1．西安交通大学材料科学与工程学院，陕西西安710049；2．中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司，陕西西安710021)摘要：通过公式推导研究了J55套管在均匀腐蚀下的抗拉、抗外挤以及抗内压强度，得出了天钢套管和西姆莱斯套管的抗拉、抗外挤以及抗内压强度变化规律

2、。提出了力学和化学共同作用下套管寿命的计算方法，并计算了天钢套管和西姆莱斯套管的服役寿命。关键词：套管抗拉强度抗外挤强度抗内压强度寿命中图分类号：TE973文献标识码：A文章编号：1007—015X(2010)06—0010一o4中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公一)一r2]，轴向外载的表达式为：司(以下简称长庆油田分公司)油井套管的水含有P=OrS=仃[(Ro—u￡)一r](1)cl一，sOi一，CO；一和HC03-等多种腐蚀性离子，这套管服役条件是轴向应力小于材料屈服强度，些离子会引起非

3、常严重的腐蚀¨J。腐蚀作用的即：<(2)直接后果是降低了套管的强度，导致油气井寿命降将P=ors=7『[(一)一r2]代人上式可得低，因此研究腐蚀条件下套管的抗拉强度、抗外挤PP，、一一丽

4、均匀腐蚀对套管强度的影响￡——腐蚀时间，a；1．1均匀腐蚀套管的抗拉能力——套管腐蚀量，mm；为简化受轴向拉伸载荷的套管模型，以及公式——腐蚀时间t后的套管轴向应力，MPa；推导的复杂度，特做以下几点假设：S。——套管原始横截面积，mm；(1)套管只受到轴向外拉伸载荷P的作用，不R。——凄管原始外半径，mm；受其他任何外力和残余应力作用。卜_套管内半径，mm；(2)套管外围充满着大量的腐蚀介质，而内部——腐蚀速率，mm／a；不发生腐蚀，即腐蚀单向进行，只是从外到内进行R——腐蚀时间t后的套管外半

5、径，mm；腐蚀，腐蚀为均匀腐蚀；并假设当服役(腐蚀)时间s——腐蚀时间￡后的套管横截面积，mm；为t时套管壁减薄量为h。or——套管屈服强度，MPa。(3)不考虑力学化学作用的影响。对于天钢套管，屈服强度or=408MPa，R。=(4)当外加应力小于屈服强度时，套管的变形114．3／2=57．15mm，r=101．6／2=50．8mm，将们量很小，因此忽略拉伸变形引起的尺寸变化。套管=0，2．12，3．175及4．23mm分别代人(4)，可得无尺寸的变化只决定于腐蚀作用。腐蚀、腐蚀1／3，1／2

6、及2／3深度时套管的抗拉载荷设套管受到轴向拉力P时，其轴向应力为盯，分别为878．2，573．5，425．5及281．7kN。不同腐那么P=OrS0=7『(R：一r)。收稿Et期：2010—04—22；修稿日期：2010—09—27。设均匀腐蚀速率为v，那么当套管腐蚀￡时间作者简介：慕立俊，男(1969一)，汉，高级工程师，西安交通后，套管外径R=R。一tit，此时横截面积S=仃[(R。大学材料学院在读博士。第4期慕立俊等．均匀腐蚀下油气井套管的强度及其寿命蚀深度下天钢套管的抗拉载荷见图1。一(

7、1_)而(D／葫6)[(D／6)一1](6)Py=2．25cr，(7)其中，后的分布很集中，主要分布在8．31—Z，＼8．72，该文后取其平均值为8．52。泊松比取0．3，撂辩弹性模量取206GPa。对于天钢套管，屈服强度6=408MPa，将D=114．3，11O．06，107．95及105．84mm，以及=6．35，4．23，3．175和2．12mm分别代人式(5)，可得无腐蚀、腐蚀1／3，1／2及2／3深度时套管的抗外腐蚀深度／ram挤强度分别为47，2O．4，1O．3和3．6MPa。不同腐

8、图1天钢套管的抗拉载荷蚀深度下天钢套管的抗外挤强度见图3。对于西姆莱斯套管，屈服强度=530MPa，Ro：114．3／2=57．15mm，r=101．6／2=50．8mm，将vt=0，2．12，3．175及4．23mm分别代人(4)，可得无腐蚀、腐蚀1／3、1／2及2／3深度时套管的抗拉矗载荷分别为l140．8，745，552．7和366kN。不同腐山苫＼蚀深度下西姆莱斯套管的抗拉载荷见图2。趟强畚图3天钢套管的抗外挤强度对于西姆莱斯套管，屈服强度=530MPa，将D=114．3，110．06，