GB/T 43925-2024 套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法

　　ICS 75. 180. 10 CCS E 92

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 43925—2024

　　套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀

　　试验方法

　　Testmethod for full-scaletensilestresscorrosion testing of

　　casing and tubing

　　2024-04-25发布 2024-08-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 43925—2024

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 试验原理 1

　　5 试验条件 2

　　5. 1 试验溶液 2

　　5. 2 试验气体 2

　　5. 3 试验温度及压力 2

　　5. 4 试验轴向拉伸应力 2

　　5. 5 试验周期 2

　　6 试验设备及测试仪器 2

　　6. 1 总体要求 2

　　6. 2 升温及保温 3

　　6. 3 介质加注及升压 3

　　6. 4 拉伸应力加载 3

　　7 试样 4

　　7. 1 一般要求 4

　　7. 2 试样长度 4

　　7. 3 试样准备 4

　　7. 4 试样加载载荷计算 5

　　8 试验程序 5

　　9 试样评价 6

　　9. 1 宏观观察及测量 6

　　9. 2 变形量检测 7

　　9. 3 破坏性检查 7

　　10 试验报告 7

　　10. 1 要求 7

　　10. 2 样品信息 7

　　10. 3 试验条件 7

　　10. 4 试验结果 7

　　附录 A(资料性) 样品信息记录表 8

　　参考文献 9

　　Ⅰ

　　GB/T 43925—2024

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC355)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 中国石油集团工程材料研究院有限公司 、中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司 、中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司 、西安三环石油管材科技有限公司 、宝山钢铁股份有限公司 、天津钢管制造有限公司 、西安石油大学 、衡阳华菱钢管有限公司 、江苏常宝钢管股份有限公司 。

　　本文件主要起草人 :韩燕 、付 安 庆 、赵 雪 会 、吕 乃 欣 、赵 密 锋 、杨 立 华 、董 会 、齐 亚 猛 、吕 传 涛 、徐 婷 、方伟 、郑秋艳 、李珺 、龙岩 、白真权 、尹成先 、袁军涛 、李轩鹏 、王远 、史东峰 、蔡煜 、马庆伟 。

　　Ⅲ

　　GB/T 43925—2024

　　套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀

　　试验方法

　　警告:本试验涉及高温高压及腐蚀性介质 。本文件并未指出所有可能的安全问题 。 使用者有责任采取适当的安全和健康措施 ,并保证符合国家有关法规规定的条件。

　　1 范围

　　本文件描述了套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法的原理 、试验条件 、试验设备 、试样 、试验程序 、试样评价和试验报告 。

　　本文件适用于全尺寸套管和油管在内部接触腐蚀性介质 、同时承受轴向拉伸应力作用下的耐蚀性能的试验评价 ,也适用于带有接箍的套管和油管的接头密封性能评估 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修订单) 适用于本文件 。

　　GB/T 6682 分析实验室用水规格和试验方法

　　GB/T 11344 无损检测 超声测厚

　　GB/T 18590 金属和合金的腐蚀 点蚀评定方法

　　GB/T 19830 石油和天然气工业 油气井套管或油管用钢管

　　NB/T 47013. 4 承压设备无损检测 第 4部分 :磁粉检测

　　NB/T 47013. 5 承压设备无损检测 第 5部分 :渗透检测

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　拉伸应力腐蚀 tensilestresscorrosion

　　由腐蚀环境和拉伸应力共同作用所引起的金属腐蚀 。

　　注 : 将导致裂纹的形成 ,引起金属结构承载性能下降 。

　　3.2

　　点蚀 pitting corrosion

　　局部腐蚀导致的点状蚀坑 ,如从金属表面向内部扩展的空洞 。

　　[来源 :GB/T 10123—2022,4. 15]

　　4 试验原理

　　利用套管和油管高温高压全尺寸拉伸应力腐蚀试验设备(或类似试验设备) ,模拟套管和油管服役

　　1

　　GB/T 43925—2024

　　工况 ,在全尺寸套管或油管中注入试验介质 , 同时施加恒定的轴向拉伸力 ,并保持一定的试验温度 、压力和试验周期 , 以评价套管或油管以及接头在特定工况下的耐蚀性能及密封性能 。

　　5 试验条件

　　5. 1 试验溶液

　　5. 1. 1 试验溶液依据套管和油管在油田现场实际服役工况中接触介质进行配制 , 主要包括酸性溶液 、地层水溶液以及油田现场可能存在的其他溶液 。

　　5. 1.2 由使用者 根 据 现 场 使 用 工 况 或 模 拟 使 用 环 境 确 定 试 验 溶 液 。 所 有 试 验 用 试 剂 应 为 化 学 纯 试剂 ,试验用水应为符合 GB/T 6682三级水要求的蒸馏水或去离子水 。

　　5.2 试验气体

　　5.2. 1 试验气体根据套管和油管在油田现场实际服役工况中接触气体进行加注 。

　　5.2.2 试验气体可为单一气体或为多种气体 。如试验气体为单一气体 ,则直接通过进气管线注入 ; 如试验气体为多种气体 ,可采用组分分析确认后的商品混合气 ,或按需求调整试验气体混配比例及用量后进行气体加注 。如需增压时 ,加注氮气使总压达到所需的试验要求 。每一种气体纯度应不低于 99. 5% 。

　　5.3 试验温度及压力

　　试验温度及压力根据现场使用工况或拟使用环境确定 。

　　试验压力不应超过产品的最大许用压力 。

　　5.4 试验轴向拉伸应力

　　试验轴向拉伸应力宜采用试样材料在试验温度下实测屈服强度的 80% 。根据实际情况需要 ,也可采用其他级别的外加应力 。

　　5.5 试验周期

　　试验周期的计算应自温度压力稳定至试验要求后开始计时 ,不同试验介质宜采用的试验周期如下 :

　　a) 酸化阶段的鲜酸溶液 :4 h~ 6 h;

　　b) 酸化阶段的残酸溶液 :残酸返排作业时间 ,一般为 72 h~ 168h;

　　c) 生产阶段的地层水溶液 :720 h~ 2 160h;

　　d) 油田现场可能存在的其他溶液 :根据实际情况协商确定 。

　　6 试验设备及测试仪器

　　6. 1 总体要求

　　试验所用设备应具备升温 、介质加注及拉伸应力加载功能 , 图 1 为具备此功能的设备结构示意图 。

　　2

　　GB/T 43925—2024

　　标引序号说明 :

　　1 — 试验机主机框架 ;

　　2 — 后拉伸座 ;

　　3 — 拉头 1;

　　4 — 密封端 1;

　　5 — 调整销孔 ;

　　6 — 全尺寸试样 ;

　　7 — 密封端 2;

　　8 — 拉头 2;

　　9 — 前拉伸座 ;

　　10— 油缸拉杆 ;

　　11— 油缸座 ;

　　12— 加载油缸 ;

　　13— 活动横梁 ;

　　14— 热电偶 ;

　　15— 加热丝及保温棉 ;

　　16— 排气 、进液管线 ;

　　17— 进气 、排液管线 ;

　　18— 压力表 ;

　　19— 数据采集及自动控制系统 ;

　　20— 安全报警及防护系统 。

　　图 1 全尺寸拉伸应力腐蚀试验设备结构示意图

　　6.2 升温及保温

　　通过在试样外部包裹加热丝及保温棉 ,实现对试验介质的升温 ,并通过试样一侧密封端的热电偶对温度进行监控 ,温度传感器灵敏度 ±1 ℃ 。为避免加热系统对试样加热时给设备带来损害 ,可在前后拉伸座内部设置冷却水循环降温装置 。

　　6.3 介质加注及升压

　　通过试样另一侧密封端的进气 、进液管线 ,实现试验介质的加注和升压 , 以及试验后的排气 、排液和吹扫 ;进气 、进液管线上应设置压力表和流量计 , 以监测试验中介质的压力和流量 。

　　6.4 拉伸应力加载

　　通过全尺寸拉伸应力腐蚀试验设备实现对试样的拉伸应力加载 ,试验机精度为 ±1% ,最大试验力

　　3

　　GB/T 43925—2024

　　误差应小于 ±2% 。通过安装在拉伸设备一端的位移传感器测量并记录试样的变形量 ,位移传感器精度 ±0. 01 mm ,也可通过应变片测量应变参数 。

　　7 试样

　　7. 1 一般要求

　　7. 1. 1 从符合产品标准的成品管或油田现场已使用的套管和油管上取样 。 当试样包含接箍等特殊连接结构时 ,接箍等特殊连接结构应位于整个试样的中间位置 。

　　7. 1.2 试验前应按 GB/T 19830或相关产品标准要求对试样进行外观 、尺寸(管径 、壁厚和长度) 、基础性能(拉伸 、冲击和硬度)及无损检测 ,检测结果应符合产品标准要求 。

　　7. 1.3 应从试样端部取样进行 5. 3所述试验温度下的拉伸试验 ,获得实测屈服强度和抗拉强度等基础力学性能 。样品信息记录表见附录 A 中表 A. 1。

　　7.2 试样长度

　　试样长度(L)范围为 1 m~ 12 m ,且不应小于试样公称外径的 10倍 。

　　7.3 试样准备

　　7.3. 1 对无接箍的试样 ,应在试样 1/2、1/4和 3/4位置对应的截面处 ,沿环向 8 等分等距标识 ,并采用超声测厚法测量 24个点的原始壁厚(精确到 0. 01 mm) ;对带接箍的套管或油管试样 ,可在距接箍两侧边缘各 200 mm~ 300 mm 位置对应的截面处 , 以及试样 1/4和 3/4位置对应的截面处 ,沿环向 8 等分等距标识 ,采用超声测厚法测量 32个点的原始壁厚 。测量后 ,应计算每一截面上 8个点的平均壁厚 ,作为该截面位置处的壁厚 。

　　7.3.2 可通过在试样两端塞入外径与试样内径尺寸一致的一段钢制实心堵头 ,通过焊接方式对试样进行密封 ;也可通过特殊 螺 纹 连 接 接 头 对 试 样 进 行 密 封 。试 样 一 侧 密 封 接 头 上 设 置 有 测 温 用 热 电 偶 接口 ,另一侧密封接头上设置有气体和液体进出管线接 口 ,进气 、进液管线上连接有压力表和流量计 。试样密封接头结构示意图如图 2所示 。

　　7.3.3 在试样两端外壁焊接尺寸大于试样外径的钢制圆环形成试样拉头 ,通过拉头将试样装卡在前后拉伸座中 ,拉头的尺寸及强度应确保装卡合适并且在试验过程中不发生变形 ,如图 2所示 。

　　4

　　GB/T 43925—2024

　　标引序号说明 :

　　1— 堵头 1/特殊螺纹连接接头 1;

　　2— 拉头 ;

　　3— 试样 ;

　　4— 堵头 2/特殊螺纹连接接头 2;

　　5— 进液 、排气管线 ;

　　6— 进气 、排液管线 ;

　　7— 热电偶接 口 。

　　图 2 试样密封接头结构示意图

　　7.4 试样加载载荷计算

　　用于拉伸应力腐蚀试验的载荷应按照公式(1)进行计算 ;其中 ,试样的横截面积应选择按照公式(2)计算得出的最小横截面积 ,公式(2)中的试样壁厚由 7. 3. 1测量得出 。

　　F = S × A …………………………( 1 )

　　式中 :

　　F — 载荷 ,单位为牛(N) ;

　　S — 拉伸应力 ,单位为兆帕(MPa) ;

　　A — 试样的横截面积 ,单位为平方毫米(mm2 ) 。

　　A …………………………( 2 )

　　式中 :

　　A — 试样的横截面积 ,单位为平方毫米(mm2 ) ;

　　D — 试样的直径 ,单位为毫米(mm) ;

　　t — 试样的壁厚 ,单位为毫米(mm) 。

　　8 试验程序

　　8. 1 调节后拉伸座到合适的距离 ,利用调整销孔将试样固定在试验机上 。如试样长度超过 2 m , 可在试样适宜位置的底部放置支撑材料 。

　　5

　　GB/T 43925—2024

　　8.2 加注试验用水进 行 密 封 性 能 测 试 , 测 试 压 力 为 试 验 压 力 , 保 压 15 min应 无 渗 漏 , 方 可 进 行 下 一步骤 。

　　8.3 根据第 5 章的要求配制好试验溶液 ,测量溶液 pH 值 。如无需除氧 ,则将溶液通过一侧密封接头上的进液管线注入试样 ;如需除氧 ,应按照 8. 4 进行除氧后 ,通过加注系统 ,将除过氧的溶液导入试样 。加注溶液量不应超过被测试样容积的 80% 。

　　8.4 对于试验溶液有除氧要求的试验 ,宜采用以下步骤进行除氧 :

　　a) 在溶液导入试样前通入 99. 999%的高纯氮气(N2 )进行预除氧 , 除氧速度宜为每升溶液不低于100 mL/min,除氧后溶液中溶解的氧浓度小于 50× 10- 9 (50 ppb) ; 实验室可通过文件化程序来确定相应的除氧工艺 ;

　　b) 向试样中通入 99. 999%的高纯氮气(N2 )除氧 ,除氧速度为每升体积不低于 100 mL/min, 除氧时间为 1 h。

　　8.5 升温 :利用加热系 统 将 试 验 溶 液 升 温 至 所 需 试 验 温 度 , 整 个 试 验 过 程 中 温 度 偏 差 范 围 应 控 制 在±3 ℃以内 。

　　8.6 气体加注 :如试验气体为单一气体 ,则直接通过进气管线注入 ; 如试验气体为多种气体 , 可采用组分分析确认后的商品混合气 ,或按需求调整试验气体混配比例及用量后进行气体加注 。如需增压时 ,加注氮气使总压达到所需的试验要求 。

　　8.7 待温度 、压力达到试验要求后 ,封闭所有进出口管路 , 以 2 N/mm2/s~ 10N/mm2/s 的应力加载速率加载至所需的轴向拉伸应力 ,开始试验 。

　　8. 8 当试验达到设定时间或试样发生破裂时 ,试验结束 。

　　8.9 首先卸载轴向应力 ,其次开始降温 ,最后待温度降至 40 ℃以下时 ,开始缓慢卸压 。 降温 、降压至常温常压后 ,采用氮气去除试验介质中的有害气体 。

　　8. 10 测量试验后的试验溶液 pH值 。

　　8. 11 如发生泄漏 ,可喷洒 5% ~ 10% 氢氧化钠(NaOH) 溶液或类似溶液对泄漏液体进行中和或稀释处理 ,处理过程中应保护好试样断口部位 。

　　9 试样评价

　　9. 1 宏观观察及测量

　　9. 1. 1 在 10倍 放 大 镜 下 , 检 查 试 样 外 表 面 状 况 , 记 录 是 否 有 破 裂 或 裂 纹 出 现 。 如 有 破 裂 或 裂 纹 出现 ,应对该位置进行重点观察 ,记录裂纹或断口宏观特征 ;如有接箍或特殊连接结构 ,检查并记录接箍或特殊连接结构处是否有渗漏 。

　　9. 1.2 应采用渗透方法或磁粉方法对试样外表面进行裂纹检测 。渗透检测应按 NB/T 47013. 5 的要求进行 ,磁粉检测应按照 NB/T 47013. 4 的要求进行 。

　　9. 1.3 采用 GB/T 11344规定的超声测厚法对标记点壁厚进行测量(精确到小数点后 2 位) ,按照公式(3)计算试样壁厚减薄速率 。

　　v …………………………( 3 )

　　式中 :

　　v1— 壁厚减薄速率 ,单位为毫米每年(mm/a) ;

　　t1 — 试验前壁厚 ,单位为毫米(mm) ;

　　t2 — 试验后壁厚 ,单位为毫米(mm) ;

　　T — 试验时间 ,单位为小时(h) 。

　　6

　　GB/T 43925—2024

　　9.2 变形量检测

　　通过安装在图 1全尺寸拉伸应力腐蚀试验设备一端的位移传感器测量并记录试样的变形量 ,也可通过应变片测量应变参数 。

　　9.3 破坏性检查

　　9.3. 1 如试样在试验过程中发生开裂或断裂 ,应在开裂或断裂位置处取样 ,进行裂纹或断口处的低倍分析 、金相分析 、微观形貌分析和腐蚀产物分析 。

　　9.3.2 剖开并观察试样内表面的腐蚀状况 ,记录腐蚀形貌特征 。

　　9.3.3 如有点蚀发生 ,选取点蚀最严重的区域 ,在 20倍放大倍率下 ,统计并记录该区域 5 cm×5 cm 面积内的点蚀孔数 。查找最深点蚀坑 ,按公式(4)计算最大点蚀速率 。按照 GB/T 18590进行点蚀评定 。

　　v2 = 8 760× d/T …………………………( 4 )

　　式中 :

　　v2— 最大点蚀速率 ,单位为毫米每年(mm/a) ;

　　d — 最大点蚀坑深度 ,单位为毫米(mm) ;

　　T — 试验时间 ,单位为小时(h) 。

　　9.3.4 在试验后的试样管样上截取拉伸 、冲击及硬度试样各 1 组 ,每组 3 件 ,进行试验后样品的力学性能测试 。

　　10 试验报告

　　10. 1 要求

　　试验报告至少应包括样品信息 、试验条件 、试验日期和试验结果 。

　　10.2 样品信息

　　应包括试验样品名称 、钢级 、制造标准 、规格和长度 。宜包括制造商 、化学成分 、热处理工艺 、力学性能 、管材的加工工艺和螺纹连接型式 。

　　10.3 试验条件

　　试验条件应包括 :

　　— 使用的试验溶液组成 ,溶液的 pH值(试验前 、试验后) ;

　　— 试验的温度 、压力 、气体成分及配比 、拉伸应力 , 以及除氧情况等 ;

　　— 试验周期 。

　　10.4 试验结果

　　试验结果应包括以下内容 :

　　— 破裂或泄漏情况 ,如有破裂或泄漏 ,还应报告裂纹或断口形貌特征 、腐蚀产物等 ;

　　— 试样变形情况 ;

　　— 内表面腐蚀情况 、壁厚减薄情况 ;

　　— 内表面点蚀情况 ,如有点蚀 ,报告最大点蚀深度及点蚀速率 ;

　　— 试验前和试验后样品的力学性能 ;

　　— 试验中发现的异常现象 ;

　　— 与本文件不一致的任何试验条件和操作方法 。

　　7

　　GB/T 43925—2024

　　附 录 A

　　(资料性)

　　样品信息记录表

　　样品信息记录表见表 A. 1。

　　表 A. 1 样品信息记录表

　　样品名称

　　钢级

　　制造标准

　　尺寸

　　mm

　　外观

　　是否有接箍等特殊结构

　　管径

　　壁厚

　　长度

　　基础性能检测结果

　　目标试验温度( ℃)下的力学性能

　　屈服强度MPa

　　抗拉强度MPa

　　延伸率 %

　　冲击功J

　　硬度值

　　屈服强度MPa

　　抗拉强度MPa

　　延伸率 %

　　无损检测结果

　　依据标准

　　结果

　　8

　　GB/T 43925—2024

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 10123—2022 金属和合金的腐蚀 术语

　　9