2023套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法.docx

蚀套管和油管全尺寸拉伸应力腐 试验方法目 次前言 I1 范围 12 规范性引用文件 13 术语和定义 14 原理 15 试验溶液 26 试验设备 错误！未定义书签7 试样 37.1 质量要求 37.2 尺寸 37.3 预处理 37.4 试样加载载荷计算 48 试验程序 48.1 试验步骤 48.2 试验温度 58.3 试验压力 58.4 轴向拉伸应力 58.5 试验周期 59 试样评价 59.1 总则 59.2 宏观观察及测量 69.3 变形量检测 69.4 破坏性检查 610 试验报告 7附录 A （规范性）安全注意事项 8IGB/T ××××－××××A.1 试样吊装 8A.2 高温高压 8A.3 化学品腐蚀 8A.4 应急预案的制定 8II套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法1 范围本文件规定了套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验的原理、试验溶液、试验设备、试样、试验程序和试验报告等要求本文件适用于评价全尺寸套管或油管在内部接触腐蚀性介质、同时承受轴向拉伸应力作用下的耐蚀性能，也可用于带有接箍的套管和油管的接头密封性能评估2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件， 仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修订单）适用于本文件GB/T18590金属和合金的腐蚀点蚀评定方法指南GB/T 19830石油和天然气工业油气井套管或油管用钢管3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件3.1 3.1拉伸应力腐蚀 tensile stress corrosion由腐蚀环境和拉伸应力共同作用所引起的金属腐蚀注：将导致裂纹的形成，引起金属结构承载性能下降3.2 3.2点蚀 pitting corrosion在金属表面局部地区出现纵深发展的小孔状腐蚀注：又称孔蚀或小孔腐蚀4 原理利用套管和油管高温高压全尺寸拉伸应力腐蚀试验设备（或类似试验设备），模拟套管和油管服役工况，在全尺寸套管或油管中注入腐蚀性介质，同时施以恒定的轴向拉伸应力，并保持一定的试验温度、压力和试验周期，以检测套管或油管以及接头在特定工况下的耐蚀性能及密封性能75 试验溶液试验溶液依据套管和油管在油田现场实际服役工况中接触介质进行室内配制，主要包括以下 3 类：a） 酸化阶段的鲜酸介质； b） 酸化阶段的残酸介质； c） 生产阶段的地层水介质由使用者根据现场使用工况或拟使用环境确定试验溶液。

所有试验用试剂应为化学纯试剂，试验用气体纯度应不低于 99.5%，试验用水应为蒸馏水或去离子水6 试验设备试验所用设备应具备加温、加压及应力加载功能，图 1 为具备此功能的设备结构示意图为避免加热系统对试样加热时给设备带来损害，可在前后拉伸座设置冷却水循环降温装置加载设备应可以对样品进行恒应力加载，并经过校准以确保载荷的准确性载荷的误差应控制在±2%以内本试验涉及高温高压及腐蚀性介质，其安全注意事项应符合附录A 的规定标引序号说明：1——试验机主机框架；2——后拉伸座；3——拉头 1；4——堵头 1；5——调整销孔；6——全尺寸试样；7——堵头 2；8——拉头 2；9——前拉伸座；10——油缸拉杆；11——油缸座；12——加载油缸；13——活动横梁；14——热电偶；15——加热丝及保温棉；16——排气、进液管线；17——进气、排液管线；18——压力表；19——数据采集及自动控制系统；20——安全报警及防护系统图 1 试验设备结构示意图7 试样7.1 质量要求试验前应对试样进行外观、尺寸（管径、壁厚、周长等）检测，对焊缝进行无损探伤，检测结果应符合相关标准要求同时，应从试样端部取样进行目标试验温度下的拉伸试验，获得实测屈服强度等基础力学性能参数，并依据GB/T 19830 进行静水压试验，试验压力达到标准要求，且无破坏发生，随后方可进行全尺寸拉伸应力腐蚀试验。

7.2 注：目标试验温度指全尺寸试验时拟采用的试验温度尺寸试样长度范围为 1 m～12m，且不应小于试样公称外径的 10 倍当试样包含接箍等特殊连接结构时，接箍等特殊连接结构应位于整个试样的中间位置7.3 预处理7.3.1 对无接箍的试样，应在试样中部标识出一段 0.5m 长的区域，沿环向等距标识并采用超声测厚法测量 12 个点的原始壁厚（精确到小数点后 2 位），应按图 2 的要求进行；对带接箍的套管或油管试样，可在距接箍两侧边缘各 200mm~300 mm 处进行标识及超声测厚7.3.2 通过在试样两端塞入外径与试样内径尺寸一致的一段钢制实心堵头，对试样进行密封，实心堵头与试样通过焊接方式连接试样一侧堵头上设置有测温用热电偶接口，另一侧堵头上设置有气体和液体进出管线接口，以及压力表接口试样密封结构示意图如图 3 所示7.3.3 在试样两端外壁焊接尺寸大于试样外径的钢制圆环形成试样拉头，通过拉头将试样装卡在前后拉伸座中，拉头的尺寸及强度应确保装卡合适并且在试验过程中不发生变形，如图 3 所示图 2 试样标识示意图（× 标识点）标引序号说明：1——堵头 1；2——拉头；3——试样；4——堵头 2。

图 3 试样密封结构示意图7.4 试样加载载荷计算用于拉伸应力腐蚀试验的载荷应按照公式（1）进行计算F=S×A （1）式中：F——载荷，单位为牛（N ；S——外加应力，单位为兆帕（MPa）；A——试样的横截面积，单位为平方毫米（mm2）8 试验程序8.1 试验步骤8.1.1 调节后拉伸座到合适的距离，利用调整销孔将试样固定在拉伸机上如试样长度超过 2m，可在试样适宜位置的底部放置支撑材料8.1.2 加注清水进行密封性能测试，测试压力为试验压力，保压 15 min 应无泄漏，方可进行下一步骤8.1.3 根据第 5 章的要求配制好试验溶液，如不需除氧，则通过液体加注系统注入待测试样，如需除氧，应按照 8.1.4 进行8.1.4 对于试验溶液有除氧要求的试验，宜采用以下步骤进行除氧：a） 在溶液导入全尺寸管件前导入氮气（N2）进行预除氧，除氧速度为每升溶液不低于 100mL/min，除氧时间至少为 1h；b） 向试验管中通入N2 除氧，除氧速度为每升溶液不低于 100 mL/min，除氧时间为 1h； c） 通过加注系统，将除过氧的溶液导入试验管，加注溶液量为被测管件容积的 80%8.1.5 升温：利用加热系统升温至所需试验温度，整个试验过程中温度偏差范围控制在±3℃。

8.1.6 气体加注：如试验气体为一种气体，则直接通过气体加注系统注入，如试验气体为多种气体， 可采用组分分析确认后的商品混合气，或按需求调整试验气体混配比例及用量后进行气体加注加注氮气使总压达到所需的试验要求当利用试验气体无法达到所需的试验要求时，可利用增压泵实现较高的试验压力8.1.7 待温度、压力达到试验要求后，封闭所有进出口管路，以 105 MPa/min 或更小的轴向载荷加载速率加载至所需的轴向拉伸应力，开始试验8.2 试验温度试验温度由使用者根据现场使用工况或拟使用环境确定8.3 试验压力试验压力由使用者根据现场使用工况或拟使用环境确定同时，不允许超过产品的最大许用压力8.4 轴向拉伸应力轴向拉伸应力宜采用试样材料在试验温度下实测屈服强度的 80%根据实际情况需要，也可采用其他级别的外加应力8.5 试验周期试验周期的计算应自温度压力稳定至试验要求后开始计时，不同试验介质宜采用的试验周期如下：a） 酸化阶段的鲜酸介质：4 h~6 h；b） 酸化阶段的残酸介质：残酸返排作业时间，一般为 3~7 天；c） 生产阶段的地层水介质：720h~2160h9 试样评价9.1 总则9.1.1 当试验达到设定时间后或试样发送破裂时，试验结束。

9.1.2 首先进行卸载，随后降温，待温度降至 40℃以下时，开始缓慢卸压，待温度、压力降至常温常压后，对试样进行观察和分析9.1.3 需要时可喷洒碱液或相应溶液对泄漏液体进行中和或稀释处理，处理过程中需保护好试样断口部位9.1.4 当试验介质中含有 H2S 等有毒气体时，应采用碱液对试验后的溶液进行中和，并按照相关的安全要求进行防护9.2 宏观观察及测量9.2.1 10 倍放大镜下，检查试样外表面状况，记录是否有破裂或裂纹出现，如有破裂或裂纹出现，应对该位置进行重点观察，记录裂纹或断口宏观特征；如有接箍或特殊连接结构，检查并记录接箍或特殊连接结构处是否有泄漏9.2.2 采用渗透方法对试样外表面进行裂纹检测9.2.3 采用超声测厚法对标记点壁厚进行测量（精确到小数点后 2 位），按照公式（2）计算试样壁厚减薄速率v1=r2–r1×8760 （2）t式中：v1——壁厚减薄速率，单位为毫米每年（mm/a）； r1——试验前壁厚，单位为毫米（mm）；r2——试验后壁厚，单位为毫米（mm）； t——试验时间，单位为小时（h）9.3 变形量检测通过安装在拉伸设备一端的位移传感器测量并记录试样的变形量，位移传感器精度应不小于± 0.01mm。

同时，可通过应变片测量应变参数，应变片应至少安装在试样的两端以及中部三个位置，并且每个位置应在试样圆周方向的 3 点、6 点、9 点和 12 点方向各安装一个9.4 破坏性检查9.4.1 如试样在试验过程中发生开裂或断裂，应在开裂或断裂位置取样，进行裂纹或断口处的低倍分析、金相分析、微观形貌分析和腐蚀产物分析9.4.2 在试样上截取标识处管段，剖开观察试验管内表面腐蚀状况，记录腐蚀形貌（宏观、微观）9.4.3 如有点蚀发生，选取点蚀最严重区域，统计、记录该区域 5cm×5 cm 面积内的点蚀孔数（N） 和最大点蚀面积（S）并查找最深点腐蚀坑，按式（3）计算最大点腐蚀速率按照 GB/T 18590 进行点蚀严重程度评定n 2 = 8760 ´ dt （3）式中：ν2——最大点蚀速率，单位为毫米每年（mm/a）； d——最大点蚀坑深度，单位为毫米（mm）；t ——试验时间，单位为小时（h）9.4.4 在试验后的试样管样上截取拉伸、冲击、以及硬度试样各 1 组 3 件，进行试验后样品的力学性能测试试样尺寸、测试指标、合格标准等应符合相关标准要求10 试验报告10.1 要求试验报告应当包括样品信息、试验条件和试验结果。

10.2 样品信息应报告试验样品类型、强度级别、制造方法，以及长度和规格示例：GB/T 19830 2 7/8in P110 级 1m制造厂、化学成分、热处理、力学性能和管材的加工工艺也宜。