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1、ICS75.180.10CCSE92OB中华人民共和国国家标准GB/T439252024套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法Testmethodforfull-scaletensilestresscorrosiontestingofcasingandtubing2024-04-25发布2024-08-01实施国家市场监督管理总局给3fe国家标准化管理委员会发布目次前言III1范围12规范性引用文件13术语和定义14试验原理15试验条件25.1 试验溶液25.2 试验气体25.3 试验温度及压力25.4 试验轴向拉伸应力25.5 试验周期26试验设备及测试仪器26.1 总体要求26.2 升温及保
2、温36.3 介质加注及升压36.4 拉伸应力加载37试样47.1 一般要求47.2 试样长度47.3 试样准备47.4 试样加载载荷计算58试验程序59试样评价69.1 宏观观察及测量69.2 变形量检测79.3 破坏性检查710试验报告710.1 要求710.2 样品信息710.3 试验条件710.4 试验结果7附录A（资料性）样品信息记录表8参考文献9本文件按照GB/T1.1-2020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。
3、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、中国石油大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、僦、龙岩、白真权、尹成先、袁军涛、谕鹏、王远、史东峰、蔡煜、马庆伟。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
4、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/T6682分析实验室用水规格和试验方法GB/T11344无损检测超声测厚GB/T18590金属和合金的
5、腐蚀点蚀评定方法GB/T19830石油和天然气工业油气井套管或油管用钢管NB/T47013.4承压设备无损检测第4部分：磁粉检测NB/T47013.5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卜降3.2点蚀pittingcorrosion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/T101232022,4.154试验原理工况，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
6、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/T6682三级水要求的蒸储水或去离子水。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
7、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 试驶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：4h6h;b）酸化阶段的残酸溶液：残酸返排作业时间，一般为72h
8、168h;c）生产阶段的地层水溶液：720h-2160h;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。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 一密封端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 一进气、排液管线；18 压力表：19 数据采集及自动控制系统；20一安全报警及防护系统。图1
9、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0.01mm,也可通过应变片测量应变参数。7试样7
10、.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 1.2试验前应按GB/T19830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（1.）范围为1m12m,且不应小于试样公称外径的10倍。7.3 试样准备7.3.1 3.1对无接箍的
11、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0.01mm）;对带接箍的套管或油管试样，可在距接箍两侧边缘各20Omm300mm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
12、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。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、刘脓管线；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进行计算；其中，试样的横截面积应选择按照公式计算得出的最小横截面积，公式中的试样壁厚由7.3.1测量得出。F=S
13、A(1)式中：F一载荷，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(mm%A.式中：A试样的横截面积，单位为平方亳米(mm2);D试样的直径，单位为毫米(mm);t试样的壁厚，单位为亳米(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2m,可在试样适宜位置的底部放置支撑材料。GBfr4392520248.2 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15min应无渗漏，方可进行下一步骤。8.3 根据笫5章的要求配制好试验溶液，测量溶液PH值。如无需除氯，则将溶液通过一侧密封接头上的进液管线
14、注入试样；如需除氯，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(N?)进行预除氧，除氧速度宜为每升溶液不低于100m1.min,除氧后溶液中溶解的氧浓度小于50X10-9(50PPb);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100m1.min,除氧时间为lh。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
15、制在3C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2Nmm2s10N/mnWs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。8.1
16、1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/T47013.5的要求进行，磁粉检测应按照NB/T47013.4的要求进行。9.1.3 采用GB/T11344规定的超声测厚法对标记点壁厚进行测量(精确
17、到小数点后2位)，按照公式(3)计算试样壁厚减薄速率。v=亍X8760(3)式中：V1壁厚减薄速率，单位为亳米每年(mma);t试验前壁厚，单位为亳米(mm);t2-试验后壁厚，单位为亳米(mm);T试验时间，单位为小时（三）。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。9.2.2 剖开并观察试样内表面的腐蚀状况，记录腐蚀形貌特征。9.2.3 如有点蚀发生，选
18、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5cmx5cm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/T18590进行点蚀评定。v2=8760dT(4)式中：V2最大点蚀速率，单位为亳米每年(mma);d最大点蚀坑深度，单位为毫米(mm);T试验时间，单位为小时（三）。9.2.4 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、试验口期和试验结果。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
19、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：一使用的试验溶液组成，溶液的PH值(试验前、试验后)；一试验的温度、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；一内表面点蚀情况，如有点蚀，报告最大点蚀深度及点蚀速率；一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。附录A（资料性）样品信息记录表样品信息记录表见表A.1。A.l样品信息记录表样品名称钢级制造标准尺寸m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（tC）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叁考文献1GB/T101232022金属和合金的腐蚀术语
