【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于油气井管柱防腐，尤其是涉及一种高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法。
技术介绍
1、为保障能源安全，各大石油公司都加大了油气勘探开发力度，但现阶段开采的油气往往位于深层、超深层，随着油气勘探开发的深入，面临着高温、高压、高含h2s、co2腐蚀性气体等极端苛刻井下环境。而在高温、高压、强腐蚀性气体、井下复杂载荷等的耦合作用下，管柱腐蚀现象频发，容易诱发井筒完整性失效，甚至导致灾难性事故。如何评价高温强腐蚀环境下管柱的力学性能是保障管柱安全服役的关键。为此，有必要建立一种涵盖均匀腐蚀、点蚀及应力腐蚀的高温强腐蚀环境管柱力学性能的评价方法，定量化管柱腐蚀后的剩余强度及剩余安全系数，有效指导高温强腐蚀环境下管柱材质优选，降低管柱失效概率，提高经济效益和社会效益。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术旨在提供一种高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法。
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，包括以下步骤：
3、s1：基于溶解度相等原理，建立现场井筒co2/h2s含量与实验室测试腐蚀环境中co2/h2s含量之间的量化关系，优化腐蚀实验条件；
4、s2：将加工后的管柱试样放置于高温强腐蚀环境中，用于开展腐蚀实验，获得管柱均匀腐蚀速率和点蚀速率；
5、s3：基于腐蚀速率及点蚀速率，建立管柱剩余强度计算模型，得到考虑均匀腐蚀或点蚀速率的管柱剩余强度；
6
7、s5：将加工后的不同管材管柱试样用于开展高温恒载荷应力腐蚀实验，获得管柱断裂韧性，建立失效评估曲线方程，以评价不同材质的管柱抵抗应力腐蚀的性能；
8、s6：综合均匀腐蚀、点蚀及应力腐蚀的评价结果，得到不同材质的管柱抵抗高温强腐蚀环境的综合能力。
9、进一步的，步骤s1中，腐蚀实验条件优化方法包括：
10、s11，根据实验容器内co2加量的精确计算模型得到所需co2加量，
11、
12、式中，p为系统压力，pa；r表示普适气体常数：ts表示系统温度，k；mco2为co2气体溶解度，mol/kg；xco2为气体摩尔分数，％；φco2为气体的逸度系数，无因次；μco2为气体在液相中的标准化学位，无因次；λco2-α为气体与溶液中阳离子的二元化学位，无量纲；λco2-β为气体与溶液中阴离子的二元化学位，无量纲；ξco2-α-β为气体与溶液中阴阳离子的三元化学位，无量纲；α代表阳离子、β代表阴离子，c表示阳离子电荷数；b表示阴离子电荷数；m为对应离子的溶解度，mol/kg；
13、s12，根据实验容器内h2s加量的精确计算模型得到所需h2s加量，
14、
15、式中，mh2s为h2s气体溶解度，mol/kg；xh2s为气体摩尔分数，％；φh2s为气体的逸度系数，无因次；μh2s为气体在液相中的标准化学位，无因次；λh2s-α为气体与溶液中阳离子的二元化学位，无量纲；λh2s-β为气体与溶液中阴离子的二元化学位，无量纲；ξh2s-α-β为气体与溶液中阴阳离子的三元化学位，无量纲；
16、s13，根据实验容器内单质s加量的精确计算模型得到所需单质s加量，
17、
18、式中，ys为元素硫溶解度，mol/kg；pssat为饱和蒸汽压，pa；φssat表示饱和蒸汽压下固相硫的逸度系数；表示气相硫的逸度系数，无因次；vss表示固相硫的摩尔体积，m3/mol；r表示普适气体常数；ta表示绝对温度，k；p表示系统压力，pa。
19、进一步的，步骤s2中，腐蚀实验包括：
20、s21，根据油气田现场的油、气、水成分测试报告，结合由步骤s1中的腐蚀气体和单质硫加量配制腐蚀溶液，将配制的腐蚀溶液倒入高温高压釜中，溶液量控制为釜内容积的一半，则水面以下模拟高含水环境，水面以上模拟低含水环境；
21、s22，清洁、晾干试样后，对试样进行称重并测量试样的长、宽、高尺寸，重复测量3次，以三次测量结果的平均值作为试样的重量和尺寸数据；
22、s23，将试样悬挂于双层试样架，保证上下层试样架悬挂数量相同的试样，试样架下层刚好被腐蚀溶液没过，试样架上层不会与液体接触；
23、s24，向釜体内通入n2加压，同时升温至现场要求温度、压力，14天后，泄压、降温后打开实验釜，取出试样挂片；
24、s25，清洁试样，去除试样表面的腐蚀产物，再次对试样进行称重，重复测量3次，以平均值作为最终重量；
25、s26，按照nace rp0775-2005中的腐蚀速率计算公式，可以分别得到均匀腐蚀速率计算公式和点蚀速率计算公式：
26、
27、
28、式中：cr为腐蚀速率，mm/a；△w为腐蚀前后平行试样即挂片的平均失重，g；as为挂片的面积，mm2；ρ为碳钢的密度，g/cm3；vt为点蚀速率，mm/a；ht为实验后试样表面最深点蚀深度，mm；t为实验时间，h。
29、进一步的，步骤s3中，考虑均匀腐蚀或点蚀的管柱剩余强度计算方法包括：
30、s31，管柱抗内压安全评价
31、管柱的剩余抗内压强度及安全系数可由式(6)、式(7)计算，安全系数的安全范围为1.05-1.25；
32、pbo＝0.875[(2yptc)/d] (6)
33、
34、式中：pbo为抗内压强度，mpa；yp为最小屈服强度，mpa；tc为腐蚀后管柱壁厚，mm；d为管柱名义外径，mm；si为腐蚀后抗内压安全系数；pbo为剩余抗内压强度，mpa；pbe为有效内压力，mpa；
35、s32，管柱抗拉安全评价
36、管柱的剩余抗拉强度及剩余抗拉安全系数分别可由式(8)、式(9)得到，安全系数的安全范围为1.6-1.8；
37、t＝[πyp(d2-dci2)/4]×10-3 (8)
38、
39、式中：t为管柱轴向拉力，kn；dci为腐蚀后管柱内径，mm；st为腐蚀后抗拉安全系数；
40、te为有效拉力，等于该段管柱顶部的拉力，不考虑浮力的作用，kn；
41、s33，管柱剩余抗挤强度
42、api tr 5c3标准以径厚比为依据，将管柱的抗挤强度分为屈服挤毁、塑性挤毁、弹塑性挤毁和弹性挤毁四种类型，腐蚀后剩余强度计算公式如下：
43、当径厚比满足d/(tn-aτ)≤d/(tn-aτ)yp时，表现为屈服挤毁：
44、
45、当径厚比满足d/(tn-aτ)yp≤d/(tn-aτ)≤d/(tn-aτ)pt时，表现为塑性挤毁：
46、
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1.一种高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤S1中，腐蚀实验条件优化方法包括：
3.根据权利要求2所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤S2中，腐蚀实验包括：
4.根据权利要求1所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤S3中，考虑均匀腐蚀或点蚀的管柱剩余强度计算方法包括：
5.根据权利要求1所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤S4中，管柱所受外载荷计算方法包括：
6.根据权利要求1所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤S5中，评价不同材质的管柱抵抗应力腐蚀的性能的方法包括：
7.根据权利要求6所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤S51具体为：
8.根据权利要求1所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤S6包括：
【技术特征摘要】
1.一种高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤s1中，腐蚀实验条件优化方法包括：
3.根据权利要求2所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤s2中，腐蚀实验包括：
4.根据权利要求1所述的高温强腐蚀环境管柱材质力学性能的评价方法，其特征在于，步骤s3中，考虑均匀腐蚀或点蚀的管柱剩余强度计算方法包括：
...
【专利技术属性】
技术研发人员：马英文，谢涛，侯冠中，霍宏博，许杰，陶林，崔国杰，祝国伟，宋闯，刘永勤，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司天津分公司，
类型：发明
国别省市：
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