油套管丝扣塑性变形促进腐蚀加速机理和控制措施研究

本项目针对我国超深、超高温、超高腐蚀油气田开发过程中日益多发的油套管柱丝扣连接部分由于应力集中和腐蚀环境耦合造成的腐蚀断裂实际问题和需求，重点研究塑性应变及其电偶效应促进腐蚀机理。分别从力学和电化学两个学科角度出发，围绕塑性变形引起的力学驱动力和弹变区/塑变区腐蚀电偶引起的电化学驱动力开展研究工作。利用高温高压腐蚀模拟和带载荷条件下的高温高压原位电化学和微区电化学等方法，研究了高温高压CO2服役环境中塑性变形对腐蚀的加速效应与影响机制，弹变区/塑变区电偶效应对腐蚀的促进机制，建立腐蚀与塑性变形效应和电偶效应的定量关系，探索了通过合金化和环境控制消减腐蚀的方法。开展了大量现场实际油套管螺纹丝扣失效案例分析，明确了丝扣腐蚀失效过程；建立了可进行弹/塑性区腐蚀实验研究的高温高压电化学测试和电偶腐蚀测试方法与装置。通过大量实验工作，分别针对N80油管钢为代表的碳钢活化体系和13Cr不锈钢为代表的钝化体系，研究阐明了高温高压CO2腐蚀环境下变形对腐蚀热力学和动力学机制的影响，明确了弹变区/塑变区电偶效应对腐蚀的加速效应，阐明了塑性变形促进腐蚀的机制。在SCI/EI刊物上已发表篇高水平论文10篇，专利授权1项，出版专著1部，培养研究生10人。并与我国西北地区石油天然气开发现场的失效案例与控制应用相结合，基于低Cr合金化、井下工况介质控制、油管表面变形损伤控制等，探索了消减塑性变形导致丝扣腐蚀的控制方法，为油气田井下油套管腐蚀控制和我国大型钢厂油套管耐蚀产品开发提供了理论和方法支撑。 2100433B

针对油套管丝扣连接处塑性变形导致腐蚀穿孔这一油气开发过程中频繁发生的腐蚀现象和工程难题，分别从力学和电化学两个学科角度出发，提炼出导致局部腐蚀发生的两个重要驱动力：塑性变形引起的力学驱动力和弹变区/塑变区腐蚀电偶引起的电化学驱动力。围绕高温高压CO2服役环境中塑性变形对腐蚀的加速效应与影响机制，弹变区/塑变区电偶效应对腐蚀的促进机制，利用高温高压腐蚀和电化学方法，研究塑性变形和弹变区/塑变区腐蚀电偶导致局部腐蚀的复合加速机理，建立腐蚀速率与塑性变形和腐蚀电偶的定量关系，探索消减塑性变形导致丝扣腐蚀的控制措施，为探求油气田安全生产所遇到的丝扣腐蚀泄漏这一难题的解决方法奠定基础。

本书介绍了油套管所用材料的分类、性能和生产工艺流程，在大量实验数据、油套管腐蚀失效案例和理论分析的基础上，详细论述了油套管在油田各种介质中的腐蚀失效现象、原因和评价方法，耐腐蚀材料的成分设计和抗腐蚀性能，以及其他普遍采取的腐蚀防护措施，并对目前常用油套管材质的适用环境进行了分析。本书参照国内外相关文献资料，本着由浅入深、理论联系实际的原则编写而成。

本书可供从事油气井钻完井工程、腐蚀与防护技术的工程技术人员参考。

前言

第一章　油套管用材料

第一节　概述

第二节　油套管的发展历程

第三节　油套管的分类

第四节　油套管的成分、组织和性能

第五节　油套管的生产

参考文献

第二章　油套管的腐蚀及失效

第一节　概述

第二节　CO环境油套管的腐蚀及失效

第三节　HS环境油套管的腐蚀及失效

第四节　完井液中油套管的腐蚀及失效

第五节　其他环境中油套管的腐蚀及失效

参考文献

第三章　油套管材质抗腐蚀性能的试验评价

第一节　概述

第二节　抗均匀腐蚀性能评价

第三节　抗点蚀性能评价

第四节　抗缝隙性能评价

第五节　抗应力腐蚀性能评价

第六节　抗氢损伤性能评价

第七节　抗磨损腐蚀性能评价

参考文献

第四章　油套管防腐蚀措施及腐蚀控制

第一节　油套管腐蚀防护的意义、目的和作用

第二节　油套管防腐蚀设计的一般原则

参考文献

第五章　抗腐蚀油套管材料

第一节　低Cr钢

第二节　抗酸性油套管用钢

第三节　油套管用马氏体不锈钢

第四节　双相不锈钢

第五节　镍基合金

第六节　钛合金

参考文献

第六章　覆盖层防护

第一节　非金属涂覆层

第二节　金属覆盖层

第三节　有机材料衬里

参考文献

第七章　缓蚀剂保护

第一节　缓蚀剂定义及缓蚀机理

第二节　环空保护液及其所用缓蚀剂

第三节　抗CO与HS腐蚀缓蚀剂

第四节　酸化缓蚀剂

第五节　缓蚀剂研究方法

第六节　缓蚀剂的加注方式

参考文献

第八章　阴极保护

第一节　阴极保护原理及方法

第二节　阴极保护在油套管柱防腐蚀中的应用

第三节　联合保护

参考文献

第九章　油套管用材料及其腐蚀与防护面临的挑战

第一节　苛刻工况条件及其对油套管的性能要求

第二节　油套管生产面临的挑战

参考文献