高含硫管道氢致开裂的分形效应及扩展速率计算

氢致开裂是高含硫气田集输管网、长输管网管线钢失效的主要模式之一,为明确管道氢致开裂的机理与过程,对其开裂模式进行了研究。对氢质量浓度在金属裂尖扩展过程中的变化规律进行分析,考虑分形效应的影响,对氢致裂纹的动力学模型进行修正,提出了氢致裂纹扩展的直裂纹-剪切带分形模型:在Gerberich对氢致开裂研究的基础上,基于裂尖的氢化作用与裂纹扩展过程中存在的耦合因素,将断裂过程区的形状与裂纹的扩展长度进行结合,构建了氢致开裂裂纹扩展各阶段分形速率的表达式,得到了更为合理的基于分形效应的氢致开裂数学模型。以材质为16Mn和20钢的天然气管道为例,分别计算了母材与焊缝处的氢致裂纹扩展速率,对比得出两种材料抗H2S的性能,研究结果对于高含硫管道材料的选择具有一定指导意义。     

管线钢应力诱导型氢致开裂分形试验

以酸性气田集输管网中16MnR 和20 号钢为研究对象,开展应力诱导型氢致开裂分形试验,以验证相关理论模型的正确性。试验制备了两种管线钢的双悬臂梁试件,并将其浸入不同H2S 体积摩尔浓度的腐蚀溶液环境中,通过断口数据取样分析及计算,验证了管线钢氢致开裂的断口形貌具有分形特征,以及应力强度因子与分形维数具有对数正比趋势的关系,同时验证了氢致开裂判据模型、氢致开裂分形扩展速率模型、氢致开裂分形物理机制模型的正确性,可为在役管道氢环境下的裂纹扩展速率的预测提供参考依据。     

塔河某单井管道频繁穿孔原因

塔河油田应用注水替油和盐水扫线技术以来,某些单井集输管道出现了频繁的腐蚀穿孔现象。为了找出管道频繁穿孔的原因,选择发生多次穿孔的某典型单井管道作为研究对象,对管道的输送工艺、敷设设计及输送介质的腐蚀性进行分析,并结合现场施工工艺,分析得出注水替油和盐水扫线用盐水溶解氧含量较高、管道敷设存在高程差等因素是造成管道频繁穿孔的主要原因。提出避免管道的高程差设计、增加盐水除氧工艺及在盐水中添加缓蚀剂和阻垢剂等腐蚀治理方案。研究成果有助于深入了解单井管道腐蚀穿孔的原因,为现场腐蚀治理提供指导。