井口和采油树设备材料选择.ppt

《井口和采油树设备材料选择.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、ISO10423/ANSI/API6A井口和采油树设备材料选择美国钻采系统(上海)有限公司二OO五年三月第一章腐蚀是钢制品石油设备的大害第一节硫应力开裂（SSC）1.历史无论是腐烂物质（臭鸡蛋）中释放出来的硫化氢（H2S）或者是银首饰的失泽，含硫气体的存在冀个世纪以来一直让人感到讨厌。然而，直到19世纪50年代。含硫气体才被看作是一种重大的隐患。那时，石油工业开始在加拿大、美国和法国的油田开展勘探开发工作，这些油田含有大量的H2S气体，使井下管柱因硫应力开裂（SSC）导致的过早失效引起石油工业对含硫气体的关注。1

2、952年，美国家腐蚀工程师学会NACE）对此进行专题讨论；1966年，NACE出版文献油气生产和管线输送过程中抗SSC的材料的选择。1975年，将此文献和它的第二版相结合就形成了NACEMR-01-75标准——《油田设备用抗硫化物应力腐蚀开列金属材料》，现在的最新版本是2003版，并增加了应力腐蚀开裂的内容。API6A第19版指定采用的版本是1999版。2.含H2S酸性油气田腐蚀破坏类型油气田中的H2S除了来自地层外，通常还有水、CO2、盐类、残酸以及开采过程中进入的氧等腐蚀性杂质，所以它比单一的H2S溶液的腐蚀

3、性要强得多。油气田设施因H2S引起的腐蚀破坏主要表现有如下类型：均匀腐蚀或（和）点蚀这类腐蚀破坏主要表现为局部壁厚减薄、蚀坑或/和穿孔，它是H2S腐蚀过程阳极铁溶解的结果。硫化物应力腐蚀开列（SSC）SSC是一种由H2S阴极反应析出的氢原子，在H2S的催化下进入钢中后，在拉伸应力的作用下，生成于垂直拉伸应力方向的氢脆型开裂。氢诱发裂纹（HIC）和氢鼓泡（HB）HIC和HB是一种由H2S腐蚀阴极反应析出的氢原子，在H2S的催化作用下进入钢中后，在没有外加应力作用下，生成的平行于板面，沿轧制方向有鼓泡倾向的裂纹，而在

4、钢表面则为HB。3.含H2S酸性油气田腐蚀破坏特点在含H2S酸性油气系统中，SSC主要出现在高强度钢、高内应力构件及硬焊缝上。SSC是由H2S腐蚀阴极反应所析出的氢原子，在H2S的催化下进入钢中后，在拉伸应力（如外加和残余的）的作用下，通过扩散，在冶金缺陷提供的三向拉伸应力区富集，而导致的开裂，开裂垂直于拉身应力方向。普遍认为SSC的本质属氢脆。SSC属于低应力破坏，发生SSC的应力值远低于钢材的抗拉强度。SSC具有脆性机制特征的断口形貌。穿晶和沿晶破坏均可观察到，一般高强度钢多为沿晶破裂。SSC破坏多表现为突发

5、性，裂纹产生和扩散迅速。对SSC敏感的材料在含H2S酸性油气田中，经短暂暴露后，就会出现破裂，以数小时到三个月为多。发生SSC钢的表面无须有明显的一般腐蚀痕迹。SSC可以起始构件的内部，不一定需要一个作为开裂起源的表面缺陷。因此，它不同于应力腐蚀开裂（SCC）必须起始于正在发展的腐蚀表面。4.影响SSC的因素4.1.环境因素H2S的浓度含H2S酸性油气环境导致敏感材料产生SSC的最低H2S含量，在NACEMR0175《油田设备抗硫化物亿腐蚀开裂的金属材料》和SY/T0599《天然气地面设施抗硫化物开裂金属材料要求

6、》表那中都做了规定。含H2S酸性天然气系统，当其气体总压等于或大于0.488MPa（绝），气体中H2S分压大于等于0.00034MPa（绝）时，可引起敏感材料SSC。天然气中H2S气体分压等于天然气中H2S气体的体积百分数与天然气总压的乘积。含H2S酸性天然气是否会导致敏感材料SSC，可按投影图片划分。含H2S酸性天然气——油系统，当其天然气与油之比大于1000m3/t时，作为含H2S酸性天然气系统处理；当天然气与油之比小于等于1000m3/t时，能否引起SSC按投影图片进行划分。即系统总压大于1.828MPa（

7、绝），天然气中H2S分压大于0.00034MPa（绝）；或天然气中H2S分压大于0.069MPa（绝）；或天然气中H2S体积含量大于15%时，可引起敏感材料发生SSC。温度。温度高的不利。PH值。随PH值升高而降低。CO2。溶于水形成碳酸，释放出氢离子，降低环境的PH值，增大SSC的敏感程度。4.2.材料因素硬度。越高开裂所许时间越短。常用碳钢和低合金钢硬度被NACE规定在HRC22以下。显微组织。SSC敏感性小——大的排列顺序是：铁素体中均匀球碳、完全淬火+回火、正火+回火、正火、贝氏体及马氏体。化学成分。无一

8、致看法。普遍认为：碳钢和低合金中镍、锰、硫和磷为有害元素。冷变形。硬度增大，有残余应力。5.选材控制SSC的措施API6A对材料等级的规定（见表）按照NACEMR0175规定的最低H2S含量，选择抗SSC的材料。并采用其规定的热处理方法和实现规定的硬度。按NACETM-0177《常温下抗硫化物应力开裂金属的试验》的方法对未列入0175的材料进行试验。按APIRP-942控