[發(fā)明專利]評(píng)價(jià)測(cè)井鋼絲抗應(yīng)力腐蝕開裂性能的模擬試驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710583006.X
• 申請(qǐng)日: 2017-07-17
• 公開（公告）號(hào): CN107687975B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龍巖;王遠(yuǎn);袁軍濤;潘志勇;丁晗;林凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國石油天然氣集團(tuán)公司;中國石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01N17/00
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 姚詠華

本發(fā)明公開了一種評(píng)價(jià)測(cè)井鋼絲抗應(yīng)力腐蝕開裂性能的模擬試驗(yàn)裝置及方法，包括固定加載系統(tǒng)、腐蝕系統(tǒng)、試樣夾持系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；固定加載系統(tǒng)包括微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)、調(diào)節(jié)支架、上下萬向軸、上下拉桿；腐蝕系統(tǒng)包括腐蝕容器、進(jìn)出氣管、進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥和壓力表；試樣夾持系統(tǒng)包括上下夾具和上下密封器。通過將帶有待測(cè)鋼絲的上下夾具穿過腐蝕容器上下密封器并連接在上下拉桿上；對(duì)待測(cè)鋼絲施加預(yù)應(yīng)力，配置模擬腐蝕環(huán)境、調(diào)節(jié)試驗(yàn)條件、設(shè)定試驗(yàn)載荷進(jìn)行加載試驗(yàn)。該裝置安裝簡易方便，具有控溫、控壓功能，可模擬井下高溫高壓環(huán)境，保障了抗應(yīng)力腐蝕開裂性能研究的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于石油測(cè)井材料性能測(cè)試領(lǐng)域，具體為一種評(píng)價(jià)測(cè)井鋼絲抗應(yīng)力腐蝕開裂性能的模擬試驗(yàn)裝置及方法。

背景技術(shù)

在石油天然氣行業(yè)的勘探、鉆井和開采過程中，需要利用多種測(cè)井儀器對(duì)油氣井內(nèi)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，測(cè)井鋼絲則是吊裝測(cè)井儀器的重要承載元件，其通常采用單根作業(yè)，對(duì)材料的性能有著較高要求。近年來，隨著超深、超高溫、超高腐蝕苛刻環(huán)境油氣井的勘探開發(fā)，測(cè)井鋼絲在井下作業(yè)中常受到H₂S、CO₂、Cl^-等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)腐蝕，極易發(fā)生腐蝕破壞，嚴(yán)重威脅測(cè)井作業(yè)安全，影響油氣田正常生產(chǎn)運(yùn)營。應(yīng)力腐蝕開裂是拉應(yīng)力與腐蝕共同作用的結(jié)果，相比其它形式的腐蝕破壞，應(yīng)力腐蝕開裂裂紋擴(kuò)展速度快、斷裂具有突發(fā)性，危險(xiǎn)系數(shù)最高。測(cè)井鋼絲長度與井深相當(dāng)，測(cè)井儀器重量和自重使其承受較大拉伸載荷；同時(shí)，測(cè)井鋼絲經(jīng)冷拉成型，抗拉強(qiáng)度最高可達(dá)1600MPa，從而導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂敏感性相對(duì)較高。相關(guān)調(diào)研表明，在我國超深、超高溫、超高腐蝕“三超”油氣田測(cè)井鋼絲失效事故中，應(yīng)力腐蝕開裂已成為最常見的失效形式之一。

針對(duì)上述情況，需要對(duì)測(cè)井鋼絲的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)，尤其是拉伸載荷的應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)。NACE Standard TM0177-2005《H₂S環(huán)境中金屬抗硫化物應(yīng)力腐蝕開裂和應(yīng)力腐蝕開裂的室內(nèi)試驗(yàn)》和GB/T4157-2006《金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開裂實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)》中均對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)(方法A)進(jìn)行規(guī)定，說明了持久/恒定拉伸載荷應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)的試樣規(guī)格和試驗(yàn)方法。專利公開號(hào)為CN 104483255 A、專利名稱為“一種應(yīng)力作用下鋼絲加速銹蝕試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法”的中國專利介紹了一種鋼絲應(yīng)力腐蝕試驗(yàn)的方法，通過砝碼對(duì)鋼絲施加恒定拉伸載荷實(shí)現(xiàn)不同腐蝕環(huán)境下處于不同應(yīng)力狀態(tài)和不同銹蝕形態(tài)的預(yù)應(yīng)力筋的耐久性研究。然而由于測(cè)井鋼絲受力的復(fù)雜性及尺寸限制，若參考上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，主要存在以下問題及難點(diǎn)：

(1)目前拉伸載荷應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)采用持久/恒定軸向拉伸應(yīng)力，應(yīng)力加載裝置主要為應(yīng)力環(huán)和恒定載荷試驗(yàn)機(jī)。然而一般情況下，測(cè)井鋼絲在井下作業(yè)過程中并不完全承受持久/恒定拉伸載荷，如機(jī)械清蠟作業(yè)時(shí)，鋼絲會(huì)隨著刮片與井壁的摩擦產(chǎn)生受力變化；測(cè)井鋼絲井下遇阻時(shí)，絞車的提拉速度會(huì)導(dǎo)致鋼絲載荷及應(yīng)變速率發(fā)生改變等等。此外，測(cè)井鋼絲的承載能力也受隨腐蝕介質(zhì)作用影響，但現(xiàn)有試驗(yàn)設(shè)備采用的持久/恒定軸向加載方式并不能對(duì)變載荷狀態(tài)進(jìn)行模擬。

(2)測(cè)井鋼絲常用規(guī)格為Φ1.8～3.2mm，鋼絲直徑過小，不滿足上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣的加工尺寸要求。若直接對(duì)全尺寸測(cè)井鋼絲進(jìn)行夾持，夾持部位易造成應(yīng)力集中發(fā)生斷裂而無法獲得準(zhǔn)確試驗(yàn)數(shù)據(jù)，現(xiàn)有應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)容器的密封圈也難以對(duì)小尺寸鋼絲試樣進(jìn)行有效密封。

(3)測(cè)井鋼絲服役溫度會(huì)隨作業(yè)深度發(fā)生改變，現(xiàn)有設(shè)備多在常溫下試驗(yàn)或僅能進(jìn)行恒定溫度參數(shù)設(shè)定，難以與實(shí)際工況相匹配。

測(cè)井鋼絲材料特殊，特別是高性能不銹測(cè)井鋼絲長期被國外壟斷，尚未完全國產(chǎn)化，模擬測(cè)井鋼絲在井下環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)裝置及方法還未見報(bào)道，目前國內(nèi)外也暫無測(cè)井鋼絲統(tǒng)一行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，迫切需要開發(fā)一種可實(shí)現(xiàn)測(cè)井鋼絲應(yīng)力腐蝕開裂試驗(yàn)的裝置，得以進(jìn)行評(píng)價(jià)測(cè)井鋼絲在實(shí)際受力與井下環(huán)境中的抗應(yīng)力腐蝕性能，促進(jìn)高性能測(cè)井鋼絲產(chǎn)品的研發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容