井口和采油树设备材料选择.pdf
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1、ISO 10423/ANSI/API 6A 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。 1952年,美国家腐蚀工程师学会NACE)
2、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NACE MR-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。 API 6A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: a)均匀腐蚀或(和)点蚀 这类腐蚀
3、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。 b)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。 c)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
4、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,
5、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NACE MR0175油田设备抗硫 化物亿腐蚀开裂的金属材料和SY/T 0599天 然气地面设施抗硫化物开裂金属材料要求表 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
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