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油井管硫化物应力开裂双悬臂梁法试验研究

李天雷

   硫化物应力开裂(SSC)问题,是当今油气田生产中不可忽略的材料失效问题。目前关于SSC的研究已有很多报道,关于材料的SSC评价方法,美国腐蚀工程协会(NACE)已有规范标准。NACE TM0177-2005标准中,应用最多的评价方法是A法和B法。在ISO11960,ISO15156等标准中列出了按双悬臂梁(DCB)法即D法的H_2S环境用钢最小允许临界应力强度因子,即环境断裂韧性值。但是国内尚未开展DCB法的研究和应用,因此在做材料评价和工程设计时,对标准的引用可能会出现某些不足。本文的研究试图弥补国内这一空白,力图建立DCB的实验方法和操作程序,研究完善DCB检测过程中有可能出现的问题。本文在第四章中详细的描述了DCB试验的原理、方法及数据处理。 论文介绍了H_2S环境断裂腐蚀评价的NACE TM0177-2005标准,常用的方法A、B只能从开裂的时间上判定材料抗SSC性能的优劣,用作材料的筛选评价。而方法D从断裂力学角度出发给出材料抗SSC性能的具体指标K_(ISSC),并且方法D得出的结果还可以进行断裂力学上的计算。进而可以与现代设计方法适用性评价(Fit For Purpose)结合,据此本文简要介绍了以断裂力学为基础的适用性评价,这对当今油井管的评价方法具有重要现实意义。为了进行适用性评价,需要了解H_2S环境断裂机理,并针对管子有可能出现的裂纹状况计算应力强度因子。为此目的,本文在第二章介绍了材料在H_2S环境中的SSC机理,在第三章中介绍了用有限元方法与断裂力学方法相结合的应力强度因子计算。 本文的研究内容和研究方法属石油管柱力学与环境行为的前沿课题,带有探索性和一定的创新性。特别是在本文研究过程中是国内首次进行了H_2S环境中的双悬臂梁法的试验研究,迄今为止尚未见到国内有类似的试验研究报道。 双悬臂梁DCB试验法为现代设计和完整性管理的方法创造了条件,在油井管中尚未见到以环境断裂力学评价为基础的适用性评价方法。因此,本文“斗胆”提出和开展油井管的适用性评价方法研究。研究方法和计算还存在若干需要完善的问题,但希望这是一个有发展前途的良好开端。……   
[关键词]:硫化物应力开裂;双悬臂梁法;断裂力学;适用性评价;油井管
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:西南石油大学2007年