CN114839005A - 定量分析油气井中h2s对油井管冲击韧性损伤的方法 - Google Patents

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张哲平
周家祥
邢旭光
王向宇
张旭
吴永超
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight

Abstract

本发明涉及定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，包括如下步骤：根据油井管获取若干冲击试样，并对冲击试样进行分组，每组冲击试样至少为3根；确定冲击试样在含硫井况中的服役环境条件，所述服役环境条件包括服役温度、服役溶液类型、服役时间、服役H2S分压；对冲击试样进行表面处理，然后将冲击试样放入模拟的服役环境中，直至规定的服役时间；到达服役时间后，将经过氢处理的冲击试样取出，在30min内完成夏比冲击试验，获取试样冲击功和断面剪切比；本发明能够定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤程度，为硫油气井用管材的设计和安全使用提供评价方法。

Description

定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法
技术领域
本发明属于石油化工管材检测技术领域，尤其涉及定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法。
背景技术
含硫油气井中富含H2S，极易对井下高强度管材造成氢脆，发生不可预测的脆性断裂，造成严重的施工和安全事故，及大量的经济损失，是油井管服役环境最严苛的井况之一。当井下服役环境中H2S分压达到 0.3kpa以上，就需要考虑H2S对管材性能的破坏作用。管材的韧性高低直接影响材料的抗变形、抗冲击、抗低温能力，是一项评价管材能否安全使用的关键指标。
目前含硫气井用管材的评价和检测都参照NACE TM 0177标准，以材料在受应力条件下，试样是否断裂以及裂纹产生的趋势和扩展倾向，来判定材料是否具有适用性，是一种定量分析H2S对管材强度和裂纹敏感性影响的评价方式；但是，目前还没有一种定量分析H2S对油井管冲击韧性损伤程度的方法。
发明内容
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，包括如下步骤：
根据油井管获取若干冲击试样，并对冲击试样进行分组，每组冲击试样至少为3根；
确定冲击试样在含硫井况中的服役环境条件，所述服役环境条件包括服役温度、服役溶液类型、服役时间、服役H2S分压；
对冲击试样进行表面处理，然后将冲击试样放入模拟的服役环境中，直至规定的服役时间；
到达服役时间后，将经过氢处理的冲击试样取出，在30min内完成夏比冲击试验，获取试样冲击功和断面剪切比；
根据取试样冲击功和断面剪切比进行油井管冲击韧性损伤的定量评价分析。
进一步的，根据油井管获取若干冲击试样的取样要求按照API SPEC 5CT的要求进行，试验方法按照ASTM E23进行。
进一步的，对冲击试样进行表面处理的方法为：将冲击试样用酒精或丙酮清洗，去影响服役溶液的表面物质。
进一步的，所述冲击试样在服役溶液中，相互之间或者冲击试样与容器壁之间最少间隔10mm。
进一步的，所述冲击试样在服役溶液中时，其底部设置支撑装置，且支撑装置距离冲击试样的V型缺口最少10mm。
本发明的优点和积极效果是：
本发明能够定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤程度，为硫油气井用管材的设计和安全使用提供评价方法。
具体实施方式
首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体 结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将 其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以 描述或隐含的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物) 之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本 发明的更多其他实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例提供的定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，包括如下步骤：
根据油井管获取若干冲击试样，并对冲击试样进行分组，每组冲击试样至少为3根；夏比冲击是直接评价材料冲击韧性的试验方法，本发明采用材料在室温时的冲击功KV8，做为评价指标，根据油井管获取若干冲击试样的取样要求按照API SPEC 5CT的要求进行，试验方法按照 ASTM E23进行；
确定冲击试样在含硫井况中的服役环境条件，所述服役环境条件包括服役温度、服役溶液类型、服役时间、服役H2S分压；含硫井中，对材料起破坏作用的因素较多，试验时可以从以下以上关键因素进行评价，即H2S溶解度、温度、服役时间、介质矿化度，考虑到管材的安全性和适用性，本发明以A溶液(或D溶液)+100％H2S(或10％，或3％，或根据实际井况)+室温(或实际服役温度)的试验条件，试验周期为30 天(720h)，其中A、D溶液参照NACETM 0177标准中A、D溶液的要求。
对冲击试样进行表面处理，然后将冲击试样放入模拟的服役环境中，直至规定的服役时间；需要说明的是，对冲击试样进行表面处理的方法为：将冲击试样用酒精或丙酮清洗，去影响服役溶液的表面物质；所述冲击试样在服役溶液中，相互之间或者冲击试样与容器壁之间最少间隔 10mm；所述冲击试样在服役溶液中时，其底部设置支撑装置，且支撑装置距离冲击试样的V型缺口最少10mm。
最后，到达服役时间后，将经过氢处理的冲击试样取出，在30min 内完成夏比冲击试验，获取试样冲击功和断面剪切比；
根据取试样冲击功和断面剪切比进行油井管冲击韧性损伤的定量评价分析。
实施例2
用该本发明的方法对125ksi抗硫油井管进行检测，由125ksi抗硫油井管获取若干冲击试样，并对冲击试样进行分组为两组，每组冲击试样为3根，一组为对比试样，一组为实验试样；125ksi是目前含硫井用管材的最高强度，对材料的综合性能要求最高。材料在处理到125ksi强度级别时，冲击韧性对硫化氢敏感性较高，易造成管体裂纹萌生、断裂等，因此，需要定量的分析含硫油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤程度，试验方法和材料性能如下表1所示：
表1
Figure BDA0003530370500000041
经不同试验时间后，测得材料冲击韧性如此下表2所示：
表2
Figure BDA0003530370500000042
Figure BDA0003530370500000051
材料经过不同时间的饱和硫化氢溶液处理后，冲击功呈现一定的下降趋势，从定量的检测试验可以看出，H2S对油井管冲击韧性损伤在240h 内迅速达到较大程度，然后韧性逐渐趋于稳定，影响达到最大程度；同时，对于一般的含硫井用油井管，要求其纵向冲击功达到100J以上，且根据NACE TM 0177标准，实验时间最长为720h，即30天。从试验结果可以看此，此125ksi材料在经过H2S处理后，依然达到技术要求，可以安全使用。
实施例3
用该本发明的方法对170ksi抗硫油井管进行检测，由170ksi抗硫油井管获取若干冲击试样，并对冲击试样进行分组为两组，每组冲击试样为3根，一组为对比试样，一组为实验试样；170ksi是目前油井管的最高强度材料，冲击韧性对硫化氢敏感性较高，极低的H2S浓度就会造成氢脆，管材出现裂纹，因此，定量的分析油气井中H2S对170ksi材料冲击韧性损伤，对安全使用极其关键。本次试验方法和材料性能如下表3 所示：
表3
Figure BDA0003530370500000052
试验后，测得材料冲击韧性如此下表4所示：
表4
Figure BDA0003530370500000061
170ksi材料经过240h、480h、720h的模拟井况的硫化氢溶液处理后，冲击功随时间增加，也呈现一定的下降趋势，下降最大幅度为14.6％；从实施例2中可以得知，H2S对材料的韧性损伤一般在240h后达到较大程度，冲击功趋于稳定；同时，对于一般的含硫井用油井管，要求其纵向冲击功达到80J以上，从试验结果可以看此，此170ksi材料在经过H2S 处理后，依然达到技术要求，可以安全使用。
以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据油井管获取若干冲击试样，并对冲击试样进行分组，每组冲击试样至少为3根；
确定冲击试样在含硫井况中的服役环境条件，所述服役环境条件包括服役温度、服役溶液类型、服役时间、服役H2S分压；
对冲击试样进行表面处理，然后将冲击试样放入模拟的服役环境中，直至规定的服役时间；
到达服役时间后，将经过氢处理的冲击试样取出，在30min内完成夏比冲击试验，获取试样冲击功和断面剪切比；
根据取试样冲击功和断面剪切比进行油井管冲击韧性损伤的定量评价分析。
2.根据权利要求1所述的定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，其特征在于：根据油井管获取若干冲击试样的取样要求按照API SPEC 5CT的要求进行，试验方法按照ASTM E23进行。
3.根据权利要求1所述的定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，其特征在于：对冲击试样进行表面处理的方法为：将冲击试样用酒精或丙酮清洗，去影响服役溶液的表面物质。
4.根据权利要求1所述的定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，其特征在于：所述冲击试样在服役溶液中，相互之间或者冲击试样与容器壁之间最少间隔10mm。
5.根据权利要求1所述的定量分析油气井中H2S对油井管冲击韧性损伤的方法，其特征在于：所述冲击试样在服役溶液中时，其底部设置支撑装置，且支撑装置距离冲击试样的V型缺口最少10mm。
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