局部损伤和不同受力下渗氮套管的耐蚀性能

采用渗氮方法提高钢材耐蚀性能近年来有一定突破,但对J55渗氮管材尚缺乏系统研究.对J55渗氮套管进行了质量检测,并用电化学方法研究了渗氮套管在不同受拉力下和套管渗氮层局部破损情况下的耐蚀性能,结合应力腐蚀试验和三点弯曲试验的数据,提出了渗氮套管的适用条件:井深不大于1 700m,弯曲度小于5°/30m,为渗氮套管下井试验提供了依据.     

NiTi合金低压等离子渗氮研究

采用低压等离子渗氮工艺对NiTi合金进行了渗氮处理.氮化处理后NiTi合金表面硬度升高.XRD测试结果表明在合金表面形成了一层TiN涂层,在TiN涂层下为Ni3Ti相.电化学腐蚀测试表明经氮化处理后合金的耐腐蚀能力大为提高.     

表面纳米化与离子渗氮对304不锈钢的影响

为解决304不锈钢硬度低、耐磨性差的问题,本文采用预先表面纳米化,温度400、450℃,保温时间4、6 h,氮氢比1∶3的离子渗氮工艺对试样进行处理,研究纳米化以及渗氮工艺对304不锈钢渗氮层形貌和深度、硬度以及摩擦磨损性能的影响.利用金相显微镜、电子探针显微分析仪(EPMA)、能谱仪(EDS)、显微硬度计和磨损试验机对样品的显微组织、微观形貌、硬度及耐磨性进行了表征.结果表明:304不锈钢经表面纳米化与离子渗氮工艺处理后,渗氮层为0.1～0.2 mm,表面硬度约为1 200 HV0.1,比基体硬度提高了6～7倍,耐磨性也大大增强;但渗氮温度越高,保温时间越长,材料表面耐磨性越差.综合各种影响因素得出在本实验条件下最佳处理工艺为:预先表面纳米化,渗氮温度400℃、保温时间6 h.     

表面纳米化预处理对316L不锈钢渗氮层摩擦学性能的影响

为改善奥氏体不锈钢的表面硬度和耐磨性,采用超声滚压与离子渗氮复合工艺对316L不锈钢表面进行了表面强化处理。利用扫描电镜(SEM)、硬度计、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪以及摩擦磨损试验机等测定了渗氮层的硬度、深度、含氮量和物相组成,研究了表面晶层组织结构对离子渗氮行为和渗氮层在润滑油条件下摩擦学性能的影响。结果表明:直接渗氮和超声滚压/渗氮试样表层组织均由S、γ'、ε和Cr N相组成,渗氮层厚度均为20μm,直接渗氮层以S相为主,超声滚压后渗氮层以ε和γ'相为主,组织结构较为致密;超声滚压/渗氮层的平均渗氮含量是直接渗氮层的2.88倍,摩擦系数降低了0.04,显微硬度和耐磨性是直接渗氮层的1.15倍和2.76倍;超声滚压处理诱使316L不锈钢表面形成的纳米晶层组织结构增强了渗氮试样表面的催渗效能和对渗氮层的支撑强度,超声滚压后渗氮试样的表面耐磨性能最好。     

纯铁及结构钢快速气体渗氮工艺及机理研究

研究了纯铁及38CrMoAlA钢分别在500℃、0~0.4MPa压力和510℃、0~0.5MPa压力条件下的氨气渗氮行为。提高渗氮压力可显著加速气体渗氮动力学过程,纯铁在500℃和0.4 MPa下气体渗氮处理5h后渗氮层厚度(1160μm)可同比达到常规渗氮层厚度(205μm)的5倍以上,而38CrMoAlA钢经510℃和0.5 MPa压力下渗氮5h后的渗氮层厚度(400μm)几乎与常规渗氮50h所得硬化层厚度(440μm)相当。同时,纯铁及38CrMoAlA钢渗氮层中ε-Fe2-3N与γ′-Fe4N的相比例、氮势及表层硬度均随压力的提高呈现先增加后降低的变化趋势。提出了一种合金结构钢表面高强高韧渗氮层快速复合制备工艺(增压渗氮+冷轧)。与一段式常规渗氮及增压渗氮工艺相比,复合工艺处理表层硬度及韧性均较优良,尤其高剪切应力磨损条件下复合处理表层的耐磨性能最优,在20~600℃热循环处理10~300次条件下复合处理表层的耐热疲劳性能最佳。研究了42CrMo钢在既定的渗氮周期内(6h)以NH3为介质,530℃及不同压力循环次数条件下的气体渗氮行为。在渗氮温度和总时间相同条件下,循环压力气体渗氮样品化合物层随压力循环次数的增加逐渐减薄,渗氮层整体厚度随压力循环次数的增加逐渐增加,同时渗氮表层韧性随压力循环次数的增加逐渐增强。     

TC4钛合金真空渗氮层的耐腐蚀性能

真空渗氮可较好地改善材料表面性能,但目前对其在钛合金中的应用研究较少.采用真空渗氮的方法对TC4钛合金作表面改性,通过X射线衍射仪(XRD)、失重法、电化学测试及扫描电镜(SEM)分析了改性层的形貌、相组成及腐蚀性能.结果表明:经真空渗氮处理的TC4合金在50 mL/L HF +200 mL/L HNO3混合体系中加速腐蚀10 min后,渗层表面基本保持完好,腐蚀速率只有基体的1/145,自腐蚀电位由基体的-0.762 5 V提高到0.511 9 V,腐蚀电流降低2个数量级,真空渗氮极大地改善了钛合金的耐腐蚀性.     

TB8钛合金真空渗氮层的组织及耐腐蚀性能

目前,对TB8钛合金的研究主要集中在热处理工艺及机加工方面,对其表面改性尤其是耐蚀性研究不多。为了提高TB8钛合金的腐蚀性能,对其进行真空渗氮。利用XRD、SEM、失重法及电化学测试等方法,考察了渗氮层的组织和耐腐蚀性能。结果表明:TB8钛合金经真空渗氮后表面物相主要有Ti N、Ti3Al N和Al3Ti,改性层的厚度为60~70μm。在氢氟酸和硝酸中进行加速腐蚀,其腐蚀速率仅为基体的1/175,表面膜层未出现明显的腐蚀坑,腐蚀电流降低3个数量级,自腐蚀电位由基体的-0.651 1 V提高到0.107 8 V,耐腐蚀性能得到了明显提高。     

离子渗氮对耐磨性的影响

对四种离子渗氮工艺条件下的３８ＣｒＭｏＡｌ新渗氮钢进行了磨损试验研究。通过Ｘ射线衍射表面相结构分析以及测量表明硬度，截面硬度梯度，化合物层厚度和渗氮层深度等试验结果表明，离子渗氮前的原始组织对３０Ｃｒ２ＭｏＶ钢耐磨性影响较小，而对３８ＣｒＭｏＡｌ钢的耐磨性影响较大。离子渗氮工艺条件对这两种钢耐磨性具有一最佳值。     

35CrMo钢硫氮共渗层的摩擦学性能

目前,低温离子渗硫技术在石油钻杆丝扣上的应用还没有先例.应用离子渗氮与离子渗硫技术,在35CrMo钢表面制备了硫氮共渗复合层.采用自制的球-盘磨损试验机,在含铜润滑脂润滑条件下,对比研究了离子渗氮层与硫氮共渗层的摩擦磨损性能;采用白光干涉仪和扫描电子显微镜观察了表面改性层和磨损表面的形貌,利用纳米压痕仪测量了渗层的硬度和弹性模量,用X射线光电子能谱研究了磨损表面边界润滑膜的元素成分及其含量随深度的变化.结果表明,35CrMo钢经硫氮共渗处理后,表面比较粗糙,硬度较低,符合理想的摩擦表面要求;硫氮共渗层有了渗氮层的支撑,其减摩耐磨性能在低速低载下优于渗氮层,满足钻杆接头的使用性能要求.     

激光维持等离子体钛合金表面渗氮研究进展

钛合金具有强度高、密度小等诸多优点,在航空航天等行业具有广阔的应用前景,但是硬度低和耐磨性差限制了其进一步应用。利用物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等方法可提高钛合金表面硬度和耐磨性,但是这些方法存在效率低等缺点。钛合金表面激光气体渗氮可快速提高钛合金表面硬度和耐磨性,但是渗氮工艺复杂,需要解决很多科学和技术问题。国内学者开始重视此方面研究,国外学者的研究已经取得了一些成果,目前的研究热点是渗氮过程的机理和等离子体对渗氮过程的影响。最近几年,国外学者采用高速摄像配合不同波长的透镜对等离子体进行系统化拍摄研究,对氮等离子体产生的条件以及等离子体对能量传输、防止渗氮层氧化、增加渗氮层氮含量的作用有了较深入的认识。目前的研究认为氮离子对激光渗氮是有益的,并且等离子体是实现高质量渗氮的核心。在以上研究的基础上,发展了激光维持等离子体渗氮方法,该方法采用激光诱导产生氮等离子体,并在大激光功率、大离焦距离和大扫描速度的工艺参数下渗氮;进一步研究了离焦距离、扫描速度及氮氩比例等工艺参数对激光维持等离子体渗氮过程的影响。激光维持等离子体渗氮层容易开裂,为解决渗氮层开裂问题,发展了两步法激光维持等离子体渗氮方法:第一步激光诱导产生氮等离子体,实现基体大量渗氮;第二步在氩等离子体中用激光重熔渗氮层,消除裂纹。两步渗氮法增强了对渗氮层性能的控制能力,可使得渗氮层性能更优。另外,对渗氮过程进行了定量研究,发现激光扫描速度与钛合金表面熔池存在时间呈线性关系,并且激光扫描速度与渗氮层氮含量呈线性关系,渗氮层硬度和树枝晶含量也呈线性关系;最后研究了两步法激光维持氮等离子体渗氮层的耐磨性,提出渗氮层耐磨性增强的机理。本文综述了激光维持等离子体钛合金表面渗氮的研究进展,分别介绍了等离子体的作用,激光维持等离子体渗氮方法,两步法激光维持等离子体渗氮方法,提出了未来亟需解决的重点问题及有效的研究方法,为未来的研究工作提供参考。     

酸性油气田C110套管断裂失效分析

为查明酸性油气田某油井C110套管断裂失效原因,通过C110断裂失效套管断口宏观形貌、金相组织、化学成分、力学性能和腐蚀产物成分等综合分析,对酸性油气田某油井C110套管断裂原因进行了探讨。结果表明:套管不居中导致套管产生应力集中,并在套管与卡瓦咬合的第1个齿形成严重机械损伤;同时,地层运动、套压波动等因素导致套管在应力集中部位出现交变载荷。最终,在套管内壁处于高H2S、低p H值环境下,在内表面交变应力集中区域发生腐蚀疲劳开裂。     

不锈钢低温盐浴表面氮化技术发展与现状

不锈钢具有良好的耐蚀性、韧性和可加工性,但其硬度低、耐磨性差,严重制约了其在有磨损腐蚀要求环境体系中的应用.为了提高不锈钢的抗磨损性能,通过低温活性盐浴表面处理技术提高其耐磨性的同时不降低其耐蚀性,使得其在具有磨损的腐蚀介质环境中能够提高其抗磨损性能而不被腐蚀,可延长其使用寿命.本文系统地介绍了低温活性盐浴表面氮化处理技术的发展、原理及应用和处理后表面氮化层的特点、组织和表面性能.低温活性盐浴表面处理后,表层活性N原子扩散在奥氏体间隙中形成过饱和固溶体的S-相,产生特殊的位错-应力FCC结构,使得奥氏体晶格发生严重变形,不但提高了其腐蚀性,同时大大提高了其硬度,使得不锈钢硬度能够达到1 000 HV0.1,其抗磨损性能亦得到了显著提高.     

低Cr钢在H_2S/CO_2环境中的腐蚀行为研究

运用腐蚀失重和电化学测量技术,研究普通低Cr油套管用钢在模拟塔里木油田环境的H2S/CO2腐蚀行为.结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,Cr元素在腐蚀产物膜中的富集显著改善了膜的保护性,低Cr钢表现出良好的抗CO2均匀腐蚀和局部腐蚀能力;在模拟CO2/H2S腐蚀条件下,H2S腐蚀占主导作用,其均匀腐蚀速率远小于单独CO2腐蚀环境中的均匀腐蚀速率;低Cr材料H2S腐蚀的阳极极化曲线存在较为明显的钝化区,交流阻抗图谱(EIS)拟合的H2S腐蚀极化电阻远大于CO2腐蚀极化电阻.     

模拟塔里木油田环境5Cr套管用钢的H_2S/CO_2腐蚀行为

运用腐蚀失重和电化学测量技术,研究5Cr套管用钢在模拟塔里木油田环境的H2S/CO2腐蚀行为。结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,由于Cr元素在腐蚀产物膜中的富集显著改善了膜的保护性,5Cr钢表现出良好的抗CO2均匀腐蚀和局部腐蚀能力;在模拟CO2/H2S腐蚀条件下,H2S腐蚀占主导作用,其均匀腐蚀速率远小于单独CO2腐蚀环境中的均匀腐蚀速率;5Cr钢H2S腐蚀的阳极极化曲线存在较为明显的钝化区,交流阻抗图谱(EIS)拟合的H2S腐蚀极化电阻远大于CO2腐蚀极化电阻。     

耐蚀油套管管材的国内外研究现状

世界油气田中大约1/2含有H2S和CO2气体,针对CO2/H2S腐蚀所采取最安全的防护措施是使用耐蚀油套管材料。本文综述了国内外抗腐蚀油套管管材的研究现状,详细介绍了低碳钢、低合金钢、低碳3-5wt.%Cr钢、13Cr和超级13Cr不锈钢的冶金成分、组织结构及抗CO2/H2S腐蚀,特别是抗硫化物应力腐蚀开裂(SSC)的性能。指出了耐蚀油套管管材在CO2/H2S油气田应用的不足之处及在以后研发过程中有待解决的问题。     

塔里木油田套管气密封检测技术现状及分析

为降低油田气井套管泄漏造成的事故风险,油田采用气密封检测技术来排查和检测完井套管的泄漏情况,保障套管的完整性,对塔里木油田气密封检测的原理、标准、现状、检测压力和检测时间进行了分析,并抽取部分检测报告对气密封检测检出套管不合格的原因进行了分析。结果表明:经卸扣、清洗、涂抹螺纹脂、排除外界干扰后再次检测,合格套管所占的比例较大。由于螺纹损坏或质量因素导致泄漏所占比例较小,认为现场操作、使用环境是造成气密封检测时套管不合格的主要因素。气密封检测技术能对接头工厂端气密封性提供技术保障,解决了油田工厂端缺少检测手段的问题。相比接头泄漏导致的严重后果,尽管下套管时间每根增加了近4 min,气密封检测仍是不可缺少的过程。泄漏率不会随着检测压力的增加而增加,与检测压力无直接关系,且检测压力为套管抗内压强度的60%时较为安全、可靠。     

定向射孔多缝压裂工艺案例分析

一种新型的压裂工艺在中国长庆油田试验成功,该工艺在层内压裂形成了2条独立裂缝,大幅增加了裂缝与油藏的接触面积,提高了产量。长庆油田开发的超低渗透油藏岩芯分析渗透率一般在0.5 mD以下,且受到储层条件、注采井网、压裂工艺等多重限制,常规压裂工艺改造难以实现该类油藏的有效开发。历经多年研究并结合自身实际,长庆油田于2006年提出了体积压裂的理念,通过在油层内造多缝扩大油藏的泄流体积以提高单井产量。室内物模试验研究射孔对压裂影响时观察到,当射孔方向与最大水平主应力方位存在夹角的情况下裂缝发生转向,即裂缝均先沿射孔孔眼方向起裂,后转向最大主应力方向。在同一油层内上下各射一排孔,两排孔方位与最大主应力方向呈一定夹角,一排偏右,一排偏左。分别对两排孔眼进行压裂,这样由于初始裂缝转向导致两条裂缝在井眼处虚拟相交,但在地层内不会重合,形成近井类似于"X"形4条裂缝,远井形成2条近于平行的裂缝。提出了一种产生多裂缝的新型压裂工艺———定向射孔多裂缝压裂。开展了大量物模试验,证实了思路的可行性,并且长庆油田在A井开展了现场压裂试验。井下微地震裂缝测试表明:形成了"X"形多裂缝;产量数据表明:定向射孔多缝压裂井相比邻井产量提高38.1%。     

流花油田水处理技术的开发与应用

针对流花油田采出液组成及工艺流程特点,开发了海上油田水处理成套技术,并在流花油田取得应用,研究与实践表明:该技术可有效抑制海上油田H2S、CO2、SRB菌、溶解盐引起的复杂腐蚀,减少污油排放,节约运行成本,确保应用油田采油污水达标处理,生产长周期安全运行。     

Influence of nitriding on corrosion resistance of martensitic X17CrNi16‐2 stainless steel

Nitriding increases surface hardness and improves wear resistance of stainless steels. However, nitriding can sometimes reduce their corrosion resistance. In this paper, the influence of nitriding on the corrosion resistance of martensitic stainless steel was investigated. Plasma nitriding at 440 °C and 525 °C and salt bath nitrocarburizing were carried out on X17CrNi16‐2 stainless steel. Microhardness profiles of the obtained nitrided layers were examined. Phase composition analysis and quantitative depth profile analysis of the nitrided layers were preformed by X‐ray diffraction (XRD) and glow‐discharge optical emission spectrometry (GD‐OES), respectively. Corrosion behaviour was evaluated by immersion test in 1% HCl, salt spray test in 5% NaCl and electrochemical corrosion tests in 3.5% NaCl aqueous solution. Results show that salt bath nitrocarburizing, as well as plasma nitriding at low temperature, increased microhardness without significantly reducing corrosion resistance. Plasma nitriding at a higher temperature increased the corrosion tendency of the X17CrNi16‐2 steel.     

S-07钢在高压充气阀芯中的替代应用研究

目的解决高压充气阀S-03钢渗氮阀芯生产过程中周期长、合格率低、渗氮层开裂和贮存过程中锈蚀及方向漏率超标等问题。方法结合S-03钢渗氮阀芯工艺流程,分析其生产及贮存过程中存在的问题,并提出由S-07钢替代S-03钢渗氮工艺,从防锈、硬度和强度3个方面进行两种材料特性理论分析,同时进行耐蚀性试验、功能性试验、力学环境试验和寿命试验考核。结果 S-03钢渗氮阀芯经历湿热试验20 d后,出现轻微锈蚀,盐雾试验96 h后,锈蚀严重,而同条件下的S-07钢阀芯无锈蚀。S-07钢阀芯经过了功能性试验,x,y,z这3个方向的力学环境试验,动作200次的寿命考核试验后,动作灵活,功能测试合格。结论充气阀阀芯完成了S-07钢替代工艺研究,成功解决了影响充气阀功能的阀芯锈蚀问题和渗氮层开裂问题,同时使生产效率提高了约70%,生产成本降低了约50%。