【文章內(nèi)容簡介】 S引起不抗 SSC的 P110斷裂 川東磨深 2井鉆進中，地層出黑水（ H2S200ppm），邊噴邊鉆中S135鉆桿斷裂 3次 S135為不抗 SSC材料 天東 5井，鉆進中發(fā)現(xiàn) H2S，放噴，首先 G105鉆桿的放噴管破裂，隨后 S135鉆桿斷入井中 G105 和 S135均不抗 SSC 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的因素 (1)H2S濃度 在 NACE(美國腐蝕工程師學會 )MR0175(油田設備抗硫化物應力開裂的金屬材料 }和SY/T 05991998(天然氣地面設施抗硫化物應力開裂金屬材料要求 )兩標準中，對含H2S酸性油氣環(huán)境導致敏感材料產(chǎn)生 SSC的最低 H2S含量都明確作了規(guī)定： 含 H2S酸性天然氣系統(tǒng)，當其氣體總壓等于或大于 MPa(絕 )，氣體中的硫化氫分壓等于或大于 (絕 )時，可引起敏感材料發(fā)生 SSC。 含 H2S酸性天然氣 油系統(tǒng)，當 GOR大于1000m3/t時，作為含 H2S酸性天然氣系統(tǒng)處理；當 GOR≤1000m3 /t時，即系統(tǒng)總壓大于 (絕 )，且天然氣中H2S分壓大于 (絕 )；或天然氣中 H2S分壓大于 (絕 )；或天然氣中 H2S體積含量大于 15%時，均可引起敏感材料發(fā)生 SSC。 高溫對材料抗 SSC是有益的 。 ● 溫度約 24℃ 時，其斷裂所需時間最短， SSC敏感性最大。 ● 當溫度高于 24℃ 后，隨著溫度的升高，斷裂所需時間延長， SSC敏感性下降。 通常對 SSC敏感的材料均存在著一個 不發(fā)生 SSC的最高溫度，此最高溫度值隨著鋼材的強度極限而 變化 ，一般為 65—120℃ 。 (2)溫度 NACE MR0175規(guī)定了， API 5CT N80(Q和 T)級和 C95 (Q和 T)級油套管可用于 65℃ 或 65℃ 以上的酸性油氣環(huán)境 ；而 P105和 P110級油套管可用于 80℃ 或 80℃ 以上的酸性油氣環(huán)境。 右圖中顯示了溫度對高強度鋼（ σs=1459MPa ）在飽和 H2S的3%NaCl+%CH3COOH中斷裂時間的影響 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的因素 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的因素 根據(jù) SSC機理可推斷隨 pH值的升高， H+濃度下降， SSC敏感性降低 。對 P110油套管，當 pH值為 2—3時， Sc (NACE TM017790彎梁法試驗的臨界值 )值最低，則 Sc敏感性最高；隨著pH值的增加， Sc值增大，即 SSC敏感性隨之下降； 當 pH值大于 5時， Sc值可大于 15，通常認為在此狀態(tài)下就不會發(fā)生 SSC 。 (3)pH值 (4)CO2 在含 H2S酸性油氣田中，往往都含有 CO2，一旦溶于水便形成碳酸，釋放出氫離子，于是降低了含 H2S酸性油氣環(huán)境的 pH值，從而 增大 SSC的敏感性 。 右圖為在飽和的 %CH3COOH+5%NaCl溶液中 pH值對 P110管線鋼臨界應力的影響 (5)硬度 鋼材硬度 (強度 )是鋼材 SSC現(xiàn)場失效的重要變量，是控制鋼材發(fā)生 SSC的重要指標。鋼材 硬度越高，開裂時間越短 ，說明 SSC敏感性越強 。因此，NACE MR0175規(guī)定：所有抗SSC材料均有硬度要求。例如，要保證碳鋼和低合金鋼不發(fā)生 SSC，就必須控制其硬度小于或等于 HRC22。 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的因素 近年來隨著煉鋼、制造、熱處理技術的發(fā)展，在控制硬度的基礎上，抗 SSC鋼材的強度有很大的突破，如 抗 SSC的 80級、 90級、 95級 的油套管，以及更高強度的抗SSC材料的研制 鋼的硬度與含有 H2S的 5%NaCl溶液中斷裂時間的關系 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的因素 (6)化學成分 一般認為在碳鋼和低合金鋼中， 鎳、錳、硫、磷為有害元素 。 ● 鎳已被普遍認為是一種不利于防止 SSC的元素。含鎳鋼即使硬度低于 HRC22，其抗SSC性能仍很差。 NACE MR0175和 SY/T 05991998都規(guī)定：抗 SSC的碳鋼和低合金鋼含鎳量 不能大于 1% ● 當 Mn、 C含量達到一定比例時，極易在熱軋或焊后冷卻過程中產(chǎn)生對 SSC極為敏感的馬氏體組織和貝氏體組織，導致發(fā)生 SSC。對于碳鋼：要求錳含量小于 %。近年研究表明，適當 提高 Mn/C比對改善鋼材的抗 SSC性能 有益 。 ● 硫和磷幾乎一致被認為是有害元素，它們具有很強的 偏析傾向 ，易在晶界上聚集，對以沿晶方式出現(xiàn)的 SSC起 促進 作用。錳和硫生成的 硫化錳夾雜 是 SSC最可能成核的位置。 (7)顯微組織 鋼材的顯微組織直接影響鋼材的抗 SSC性能。對碳鋼和低合金鋼，當強度相似時，不同顯微組織對 SSC敏感性由小到大的排列順序為：鐵素體中均勻分布的球狀碳化物 完全淬火 +回火組織 正火 +回火組織 正火組織 貝氏體及馬氏體組織。 淬火后 高溫回火 獲得的 均勻分布 的細小 球狀碳化物組織 是抗 SSC最理想的組織，而 貝氏體 及 馬氏體 組織對 SSC最敏感。 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的因素 (8)冷變形 經(jīng)冷軋制、冷鍛、冷彎或其他制造工藝以及機械咬傷等產(chǎn)生的冷變形，不僅使冷變形區(qū)的 硬度增大 ，而且還產(chǎn)生一個很大的 殘余應力 ，有時可高達鋼材的 屈服強度 ，從而導致對 SSC敏感。 從右圖中可見，管材隨著冷加工變形量(冷軋面縮率 )的增加，硬度增大， Sc值下降，表明 SSC敏感性增大。因此， NACE MR0175和 SY/T05991998對抗 SSC鋼材的冷加工量都作了明確規(guī)定。例如對于鐵基金屬，當其 因冷變形導致的纖維性永久變形量大于 5%時，必須進行高溫消除應力熱處理，使其最大硬度不超過 HRC22；對于ASTM A53B級、 ASTM A106B級、 API 5LX42級或化學成分類似的低強度鋼管及其配件，當其冷變形量等于或小于 15%時，變形區(qū)硬度不超過 190HB時是容許的。 冷加工對管線鋼在飽和 H2S的 %醋酸水溶液中臨界應力的影響 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的措施 1)控制環(huán)境因素 ● 脫水 是防止 SSC的一種有效方法。對油氣田現(xiàn)場而言，經(jīng)脫水 干燥的 H2S可視為無腐蝕 ，因此，經(jīng)脫水 使 H2S露點低于系統(tǒng)的運行溫度 ，就不會導致 SSC。 ● 脫硫 是防止 SSC廣泛應用的有效方法。脫除油氣中的 H2S，使其含量 達到 NACE MR0175和 SY/T 05991998規(guī)定的水平。 ● 控制 pH值 。提高含環(huán)境的 pH值，可有效地降低環(huán)境的 SSC敏感性。因此，有條件時，采取控制環(huán)境 pH值可減緩或防止 SSC腐蝕。但必須保證生產(chǎn)環(huán)境始終置于有效的 控制 狀態(tài)。 ● 添加緩蝕劑 ：理論上講，緩蝕劑可通過防止氫的形成來阻止 SSC。但現(xiàn)場實踐表明，要準確無誤地控制緩蝕劑，保證生產(chǎn)環(huán)境的腐蝕處于控制狀態(tài)，十分困難。因此，緩蝕劑不能單獨使用，只能作為一種減緩腐蝕的措施。 在進行含 H2S酸性油氣田開發(fā)設計時，為防止 SSC存在著控制環(huán)境和控制設施用材間的一種選擇。 四、硫化物應力開裂 (SSC) SSC的措施 2）選用抗 SSC材料及工藝 脫硫、脫水只能對脫硫廠和脫水廠下游的設