[发明专利]基于断裂试样的油井管抗硫化氢应力腐蚀敏感性测试方法

说明书

本发明提供一种基于断裂试样的油井管抗硫化氢应力腐蚀敏感性测试方法，包括：将试样加工成设定的尺寸，对其表面进行预处理；将试样安装在反应釜中的拉伸设备上，向反应釜中加入适量的测试溶液，封闭反应釜；调整测试溶液中的硫化氢浓度，快速拉伸预加载到试样的70％～80％屈服强度值；预加载稳定后，开始以设定的应变速率进行慢拉伸加载试验，直至试样被拉断，记录试验结果；取出断裂的拉伸试样，去除试样表面和断口上腐蚀产物，通过断口形貌观察和台阶裂纹参数来评价油井管材料的抗应力腐蚀性能。利用断口上的台阶裂纹参数对慢拉伸试验结果进行精确化的分析，达到定量分析油井管材料的抗应力腐蚀敏感性的目的，缩短试验周期，提高检测效率。

技术领域

本发明涉及腐蚀测试技术领域，特别涉及一种基于断裂试样的油井管抗硫化氢应力腐蚀敏感性测试方法。

背景技术

近年来，随着超深、超高温、超高腐蚀苛刻环境油气井的勘探开发，油气井工况环境普遍具有“高温、高压、高CO2、高H2S、高Cl-、高矿化度”的特点，这些复杂苛刻的工况条件加之特殊的作业工艺导致油井管发生应力腐蚀开裂失效,严重影响了油气田正常生产运营。尤其是含硫油气资源勘探开采过程中，使用的油井管容易产生硫化氢应力腐蚀开裂，这是一种低应力脆性断裂，裂纹扩展速度快、断裂具有突发性，危险系数最高，容易造成重大事故和人员伤亡。

针对上述情况,国内外制定了相关标准来降低硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)带来的风险，对油井管抗SSCC进行严格的检测评价。NACE Standard TM0177-2005《H2S环境中金属抗硫化物应力腐蚀开裂和应力腐蚀开裂的室内试验》和GB/T4157-2006《金属在硫化氢环境中抗特殊形式环境开裂实验室试验》中均对标准拉伸试验(方法A)进行规定，以实验周期内的断裂时间来确定其抗硫化氢应力腐蚀的性能，超过720h不断裂的产品即为合格，720h内断裂的产品即为不合格，试验结果仅能给出失效与不失效信息。同样，ASTM G39-99标准中的四点弯曲加载试验也是评价油井管抗应力腐蚀性能的常用方法，采用A法标准溶液，720h内不断裂的产品即为合格，720h内断裂的产品即为不合格，并且用10倍放大镜来观察未断裂试样表面是否存在裂纹,试验结果同样仅能给出失效与不失效信息。上述几种方法存在试验条件苛刻、试验周期长、而且试验结果仅能给出合格与不合格等相关信息，对于未失效的试样,无法评价其耐硫化氢应力腐蚀性能等级，需要结合其它的实验手段来综合评价,延长了试验周期和增加了试验成本。

因此，有必要寻找一种新方法，能够快速、准确地评价油井管材料的抗硫化氢应力腐蚀性能，缩短试验周期，降低试验成本。慢速率拉伸试验由于快速、准确、重现性高，且获得的参数信息多，已被广大研究人员普遍使用，是目前较为成熟、较为先进研究应力腐蚀标准方法之一。慢拉伸试验评定油井管抗硫化氢应力腐蚀性能时，通常采用断口形貌和应力腐蚀开裂敏感指数来评价，若断口形貌为脆性断口特征，或者应力腐蚀开裂敏感指数大于一定数值(一般为25％)，通常认为油井管材料在相应研究体系中具有应力腐蚀开裂敏感性。

然而在实际试验过程中，常常发现断口形貌为韧性断裂或者混合断裂机制，使用断后伸长率、断后收缩率和屈服强度损失比来计算得到的应力腐蚀敏感指数低于25％，往往认为材料不具有应力腐蚀敏感性，但是断口圆周附近却出现阶梯形的裂纹平台，说明该材料实际上具有明显的应力腐蚀敏感性，这与试验测试结果不符。另外，即使应力腐蚀敏感指数相同的两种材料，实际的抗应力腐蚀性能差别较大，尤其是断口形貌中垂直于拉伸方向的裂纹台阶，沿着圆周方向上分布，其大小和数量都有明显差别，不利于准确评价材料的抗SSCC性能。

基于上述内容，为了准确、快评价油井管材料的抗硫化氢应力腐蚀性能，特提出了本发明。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种基于断裂试样的油井管抗硫化氢应力腐蚀敏感性测试方法，能够快速、准确评价油井管材料的抗硫化氢应力腐蚀性能，利用断口上的台阶裂纹参数对慢拉伸试验结果进行精确化的分析，达到定量分析油井管材料的抗应力腐蚀敏感性的目的，缩短试验周期，提高检测效率。