科学超深井钻探铝合金钻杆的腐蚀失效分析

针对铝合金钻杆在复杂的超深井钻井工程服役条件,分析了铝合金钻杆腐蚀行为的主要外在钻井工程因素,并进行了松辽盆地资源与环境深部钻探“松科二井”铝合金钻杆工程试样腐蚀程度的测试与分析。分析结果表明：钻杆结构、磨损与应力、钻井液介质、井内高温高压是其产生腐蚀的主要服役条件因素;铝杆体与钢接头连接处的腐蚀情况最为严重,铝杆体次之,加厚端部分耐蚀性最好;腐蚀产物的主要成分是Al2O3和Al(OH)3相。     

基于COMSOL的铝合金钻杆腐蚀分析

为预测科学超深井钻探工程中铝合金钻杆耐腐蚀性能,运用COMSOL软件,建立多物理场腐蚀分析模型,开展“松科二井”铝合金钻杆“应力-温度-电化学”作用下的腐蚀规律仿真分析。分析结果表明：腐蚀体系达到平衡时,铝合金电极一侧的电解质电位偏高,钢接头电极一侧电解质电位偏低,靠近钢接头电极一侧铝杆体电流密度高;随着钻杆所受应力、温度的增加,腐蚀速率加快,相对于温度的影响,载荷对腐蚀影响较小;腐蚀速率和井下工作时间成正线性相关;离钢接头的电偶腐蚀处越近,铝合金钻杆的界面电流密度越大,并成指数关系,外壁强影响区域大约在距电偶腐蚀处0~200 mm,内壁为0~110 mm。研究成果将为铝合金钻杆的工程防腐提供参考。     

钻杆管体横向开裂失效原因分析与预防

针对一起钻杆管体横向开裂的案例,通过对发生横向开裂的失效钻杆进行断口形貌的宏观及微观观察、金相分析、物相分析,以及对钻杆尺寸、化学成分及力学性能的综合分析,并结合钻杆的受力状态,指出钻杆的失效原因是钻井液中的氧气对钻杆的内外表面产生严重腐蚀,同时钻杆在承受拉压弯扭等复杂交变载荷的作用下,腐蚀坑底部产生率先产生疲劳裂纹,随着外壁裂纹的不断扩展,导致钻杆横向开裂,并针对这种失效形式,提出了预防措施及建议。     

纳米氧化物颗粒对水基钻井液润滑性能影响的试验研究

通过在水基钻井液中添加纳米氧化物颗粒,来改善其润滑性能。选用了Al2O3、TiO2及SiO2三种纳米氧化物颗粒作为钻井液改性添加剂,利用极压润滑仪及销盘摩擦磨损实验仪研究了添加不同种类和浓度纳米颗粒氧化物对水基钻井液的润滑性能及减摩效果的影响。结果表明,所添加的3种球形纳米颗粒均有润滑减阻减摩的效果,其中SiO2颗粒的钻井液的润滑性能、滤失性能以及减摩效果都是最好的。当纳米SiO2颗粒加量为0.4%时,滤失量最小,润滑系数降低率达到15.6%,摩擦系数降低率为32.0%,磨痕轨迹平滑,减摩效果最为明显。当纳米颗粒浓度超过0.5%时,减摩效果降低,磨盘脱层磨损明显。     

φ147 mm铝合金钻杆抗内外压强度试验研究

铝合金钻杆因具有质量轻、比强度高、抗腐蚀性好、低磁等优点,在深井与超深井钻探作业中备受关注。在深井与超深井钻进中,铝合金钻杆需要承受巨大的内外压力,因此有必要对钻杆所能承受的最大内外压力进行计算与试验,对自行研制的φ147 mm铝合金钻杆进行了静水内、外压试验与弹性力学理论计算校核,7075铝合金钻杆在内压69.51 MPa时持续加压20 min,没有发生泄漏现象;最大抗外压值为107.4 MPa。2024铝合金钻杆在内压48.65 MPa时持续加压20 min,没有发生泄漏现象;最大抗外压值为72.3 MPa。试验表明,铝合金钻杆抗内、外压性能良好,从而保证了铝合金钻杆在深井及超深井钻进时的可靠性。     

高强耐热铝合金钻杆材料优选

铝合金钻杆的使用性能是制约深部钻探技术发展的“瓶颈”。本文综合考虑孔内工况因素和钻杆性能因素,以钻柱组合设计为基础准则,从特深孔钻探工程技术需求出发,开展了高强耐温铝合金钻杆材质选择和评价的试验研究。试验结果表明：2219铝合金固溶时效制度分别为535 ℃/1 h、165 ℃/20 h,2618铝合金固溶时效制度分别为530 ℃/1 h、200 ℃/20 h;2219铝合金在高温长时间暴露后的室温力学性能优于2618铝合金,在高温瞬时条件下的力学性能劣于2618铝合金;2219铝合金中含有Zr,该元素在热暴露过程中起到减缓溶质扩散速率的作用,这对提高热暴露后的剩余强度是有利的。     

地质钻探高强度铝合金钻杆研制及其应用

铝合金钻杆的设计制造技术属高新技术范畴,世界上只有俄罗斯、美国等少数发达国家能够批量生产。简要介绍了我国地质钻探用铝合金管材研制、铝合金钻杆制造关键技术及野外试验情况,并对今后铝合金钻杆的研发和应用方向提出了建议。项目工作成果对今后我国开发特深孔铝合金绳索取心钻杆和超深孔铝合金钻杆具有重要价值。安徽彭桥煤矿区的铝合金钻杆钻探试验最大孔深超过1000 m,应用效果良好,开辟了我国地质钻探铝合金钻杆在中深孔应用的先河。     

深部钻探铝合金钻杆开发应用

铝合金钻杆具有质量轻、比强度高、钻进深度大等特点,开发并应用铝合金钻杆对提高我国难进入地区钻探施工效率、推动深部科学钻探技术进步以及节能降耗等具有重大现实意义。本文介绍了我国铝合金钻杆批量化、系列化开发与应用的现状,并重点分析了铝合金钻杆应用技术特点、试制关键技术、室内试验和推广应用情况;根据铝合金钻杆的实钻应用情况及研发趋势,提出了我国铝合金钻杆开发的新构想。     

铝合金钻杆强度的模拟仿真分析

与传统的钢制钻杆相比,铝合金钻杆具有密度小、比强度高、无磁等优点,因此在钻井作业中具有较大优势。钻杆在井下工作环境恶劣,如与井壁发生碰撞,将导致钻杆变形,降低其强度。笔者通过Ansys LS-DYNA以及Workbench进行仿真,研究Φ147 mm铝合金钻杆与孔壁碰撞后的变形状态,以及产生裂纹后对其强度进行分析。结果表明,Φ147 mm铝合金钻杆在使用过程中,钻杆主体段相对薄弱,在2 m/s的速度下与钻孔壁发生碰撞会产生塑性变形,从而降低铝合金钻杆的性能。钻杆主体段的裂纹长度1 mm时,在载荷作用下,将发生裂纹扩展,导致钻杆断裂。钻杆主体段有裂纹时,在疲劳载荷作用下,有裂纹的钻杆所能承受的载荷是无裂纹钻杆所能承受载荷的五分之一。     

冷组装铝合金钻杆螺纹副力学性能测试及失效分析

与传统的钢制钻杆相比,铝合金钻杆具有密度小、比强度高、无磁等优点,因此在深井与超深井钻井作业中具有较大优势。在实际使用中,铝合金钻杆两端需要通过钢接头之间的螺纹来实现拧卸钻杆,而铝合金杆体与钢接头还需要过盈装配以实现紧固连接 。以液氮为冷源,对50 mm的7075铝合金钻杆管体与钢接头进行了“冷组装”过盈装配,铝合金管体与钢接头之间的过盈量分别为0.10、0.15、0.20 mm。对组装后两端带钢接头的铝合金钻杆分别进行了拉伸和扭转试验,评价了铝合金管体与钢接头连接的可靠性,对断裂试样的断口进行了宏观与微观分析,阐述了其断裂机理。结果表明,采用“冷组装”方式可以实现铝合金管体与钢接头的过盈装配,其中过盈量为0.15 mm时,带钢接头的铝合金钻杆综合性能较优,可以承受较大的抗拉强度极限和抗扭极限,其断裂方式为脆性断裂。     

金属腐蚀探测

本阐述了金属腐蚀的危害性和金属管道腐蚀探测的迫切性，并介绍了几种具有探测腐蚀功能的物探方法。     

用焦化废水作补水的循环冷却水系统腐蚀控制实验研究

焦化废水的排放会带来严重的水污染问题,迫切需要将其资源化,用作循环冷却水的补水是其资源化的重要途径。为了防止给循环冷却水系统带来腐蚀,根据水质稳定理论,采用静态和动态实验相结合的方法,研究了焦化废水作补水的循环冷却水系统腐蚀特性及控制技术。结果表明,焦化废水中的污染物造成的系统腐蚀以点蚀为主,应优先使用磷系沉淀膜型缓蚀技术。通过实验优选出的HEDP+Zn2+复合配方,可在传热面上形成牢固的缓蚀膜,缓蚀率达到85.6%,普通碳钢的腐蚀速率为0.105mm/a,满足《工业循环冷却水处理设计规范》(GB50050-95)的要求。实际循环冷却水系统应用证明,使用该复合配方能在循环水浓缩倍数为2~2.2时,经济有效地解决系统的腐蚀问题,为焦化废水的资源化开辟了一条可行的途径。     

硫酸盐岩溶蚀机理实验研究

在硫酸盐岩和碳酸盐岩混合建造地区，硫酸盐岩的溶蚀对岩溶的产生有着重要影响，对于某些岩溶现象和地质灾害的解释，必须考虑硫酸盐岩岩溶的影响，对硫酸盐岩的溶蚀机理及其影响因素的研究就显得尤为重要，本文采用室内实验模拟的方法，根据岩溶发育的影响因素，研究了硫酸盐岩的溶蚀机理。研究认为，硫酸盐岩溶蚀发育的条件不同于碳酸盐岩，即在水与硫酸盐岩体系内即使没有CO2的参与，水对硫酸盐岩仍具侵蚀性；硫酸盐岩溶蚀的发育不但与其本身的固有特性有关外，还与岩石所处的环境因素有关。     

Experimental and numerical behaviour of reinforced mortar plates subjected to accelerated corrosion

Most reinforced concrete structures are damaged due to corrosion of reinforcements in concrete. In normal conditions the pH near the reinforcements is around 12–13 which means that steel is in a passive state. But aggressive species, such as chloride ions or carbon dioxide, may penetrate into concrete and promote active corrosion. As a consequence (hydro)oxides are produced leading to degradation of concrete structures. For instance cracking of the concrete is generated due to the pressure induced by rust. In this paper, we study the inception and the propagation of cracking on reinforced mortar plates with rebars located either in the middle or at the corner. Additional experiments have been performed on cylindrical specimens to determine the local effect of rust pressure at the interface rust/mortar. The specimens have been subjected to imposed current density in order to enhance the corrosion and digital image intercorrelation has been used to determine displacement fields. The experiments have been compared to numerical modelling. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

鄂尔多斯盆地周边地区野外溶蚀试验结果讨论

2003到2004年,在国土资源部地质调查项目“鄂尔多斯盆地地下水勘查”工作中,作者在鄂尔多斯盆地周边地区建立了8个野外溶蚀试验站,采用不同岩石的600多枚试片开展了为期1年的野外溶蚀试验观测。通过试验并结合前人的野外溶蚀试验成果分析,得出了如下几个重要的结论: ( 1)试验区灰岩较白云岩的溶蚀量大20%以上; ( 2)与我国南方的试验结果相反,即北方土下碳酸盐岩样品溶蚀量远远小于地上样品的溶蚀量; ( 3)从华北到西北存在一个碳酸盐岩样品由溶蚀变为沉淀的地带;同理,从我国北方碳酸盐岩样品土下溶蚀量小于地上溶蚀量到南方土下溶蚀量大于地上溶蚀量区域变化过程中,又存在土下与地上溶蚀量接近的地带,这两个地带是控制我国现代岩溶作用机制的重要分界线,对岩溶地貌的发育与演化研究具有重要意义。      

腾冲地热水化学特征及腐蚀机理探讨

本文从腾冲地热成因的角度,分析其地热水化学的总体特征和赋存规律。在此基础上对地热水ｐＨ值、流速、溶解氧、ＣＯ２及Ｃｌ＾－、ＳＯ４＾２－、ＳｉＯ３＾２－、Ｃａ＾２等对金属材料的腐蚀机理进行讨论。     

塔里木盆地塔中Ⅰ号气田井筒腐蚀影响因素

塔里木盆地塔中Ⅰ号气田为典型的酸性气田,生产井井筒面临严重的腐蚀隐患。结合塔中Ⅰ号气田的生产情况,对影响井筒腐蚀的各种因素(CO2及H2S含量、温度和流速等)进行了系统研究,并确定了:①塔中Ⅰ号气田各井的井筒腐蚀受硫化氢和二氧化碳的共同影响,以硫化氢腐蚀为主,约占70%;②90℃±是井筒腐蚀发生最严重的温度区域;③塔中Ⅰ号气田各井的流速多数1m/s,存在垢下腐蚀,个别井流速达4.9m/s,存在冲刷腐蚀。根据井筒腐蚀的各主要影响因素,提出了应对井筒腐蚀的防护方法和建议。     

多重防腐锚杆抗腐蚀性试验研究

针对地下工程中锚杆防腐性能存在的不足,介绍了多重防腐锚杆的构造和防腐机制。通过模拟不同的腐蚀环境,进行双重和多重防腐锚杆的抗腐蚀性试验研究,观察腐蚀后锚杆的表观变化并测试其抗拔力,分析比较两者锚筋与水泥砂浆之间的粘结强度与滑移位移的关系。分析结果表明：多重防腐锚杆由于在水泥浆中设置了套管,在不同腐蚀环境中其拉拔力始终高于双重防腐锚杆,且随时间更加明显;硫酸盐的结晶作用和腐蚀因子间的牵制效应会使防腐锚杆拉拔力有短暂的提高;多重防腐锚杆产生相同滑移位移对应的粘结强度更大,粘结强度超过极值后的残余强度高于双重防腐锚杆。以上成果能够用于地下结构中防腐锚杆的设计和后期服役期间的耐久性分析,为实际工程中防腐锚杆的抗腐蚀性能研究提供了宝贵的基础资料。     

石膏原岩静水溶蚀时间-温度效应试验初步研究

文章对石膏原岩在静水溶蚀条件下的时间-温度效应进行了初步研究,并从微观角度对石膏岩溶蚀破坏机理进行分析。试验发现随着溶液温度的升高、溶蚀时间的延长,石膏岩溶蚀破坏加剧。具体表现为:石膏岩失重率随温度升高、时间延长而增大,溶蚀速率均值随温度升高而增大;溶液中Ca^2+浓度随温度升高、时间延长而增大,Ca^2+浓度增长速率均值随温度升高而增大。Fick扩散及溶胀应力是石膏岩溶蚀破坏的主要原因。静水溶蚀条件下,石膏原岩主要溶蚀破坏形式为:溶胀裂缝、柱状劈裂及片状剥离。     

水质分析在重庆笔架山隧道防腐设计中的应用

我国是拥有隧道数量最多及总长度最长的国家。同时也是隧道病害最严重的国家之一。由于隧道的主体是处于天然介质环境中的人工地下结构，在运营中会出现衬砌腐蚀等多种病害和危害。进行合理的防腐设计对隧道的安全、舒适、正常运营具重大意义。在南方富含腐蚀性介质地区，地下水容易沿衬砌的各种孔洞渗流到衬砌内侧，成为隧道渗漏水，对衬砌混凝土等产生侵蚀作用，造成衬砌腐蚀。故地下水对混凝土的侵蚀性是隧道防腐设计的重要组成部分。作者在掌握笔架山隧道工程地质、水文地质资料及查明环境水含腐蚀性介质的来源、成分基础上，利用隧道水简(化学)分析、地质调查、裂隙水统计等手段定性及定量评价环境地下水对衬砌混凝土腐蚀程度。认为基岩地下水不会对衬砌产生化学腐蚀。从而科学地修正了隧道的防腐设计。此结论及时反馈于施工，在后来的施工中取消了耐腐蚀混凝土及其它混凝土外加剂，节省了投资，加快了施工进度。