氫氟酸濃度對鈦合金油管的疲勞行為的影響

金丹丹，李 臻，王 漢，魏文瀾，黎玉澤，崔 璐，程嘉瑞

(1.西安市高難度復雜油氣井完整性評價重點實驗室 西安石油大學，陜西 西安 710056；2.西安慶安電氣控制有限責任公司，陜西 西安 710077；3.中國石油西南油氣田分公司工程技術研究院，四川 成都 610031)

0 前 言

Zr-Mo 系鈦合金(0.6Zr3Mo)是典型的α+β 兩相鈦合金，組織穩定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形等綜合力學性能，還具有較好的熱加工性能，能在大部分酸堿鹽的環境中使用。油氣開采過程中，隨著開采的進行，地層中的微粒發生運移對孔隙產生堵塞，導致油氣的滲透率下降[1]。為提高油氣田的開采率，需對地層進行酸化處理，而氫氟酸是一種在砂巖中常用的酸化液[2]，酸化之后使得鈦合金油管處于氫氟酸環境中，腐蝕介質會對油管產生腐蝕作用。除了腐蝕環境的作用外，油井管還受到環空外壓、內壓、溫度交變、彎曲、振動等引起的交變應力作用。在動載荷和腐蝕介質的協同作用下油管會發生腐蝕疲勞破壞。腐蝕液產生的腐蝕損傷與動載荷產生的疲勞損傷相互作用、相互促進，導致油井管斷裂失效[3，4]。鉆柱或套管的損壞甚至會導致油氣井報廢[5]。在過去的幾十年中，鈦合金已被廣泛應用于航空航天[6]、汽車[7]和軍工[8]等領域。基于鈦合金材料耐高溫、低密度、高比強度、優良的耐蝕性和耐疲勞性等一系列優點，其在深井、超深井和深海鉆探作業中具有良好的開發和應用前景[9]。

對于鈦合金在腐蝕性環境(如水性和有機電解質溶液)中的應力腐蝕和腐蝕疲勞行為已有大量研究。……