[发明专利]一种石油管材环境断裂韧性测试方法及装置

权利要求书

1.一种石油管材环境断裂韧性测试方法，其特征在于实验模拟石油管材的服役温度、压力、腐蚀介质和承载条件，对石油管材裂纹萌生、扩展规律及其应力腐蚀开裂行为进行研究，检测石油管材在服役环境中冲击韧性损伤程度，计算断裂韧性，从而对石油管材进行适用性评价，为石油管材优选和强度设计提供实验依据。

2.根据权利要求1所述的一种石油管材环境断裂韧性测试方法，其特征在于实验内容包括：(A)测定石油管材在模拟现场工况中应力腐蚀裂纹萌生和扩展规律；(B)测定石油管材在模拟现场工况中冲击韧性的损伤程度及大小；(C)测定石油管材在模拟现场工况环境中断裂韧性大小；根据实验结果计算得出材料在服役工况环境中冲击韧性损伤程度，对裂纹萌生、扩展以及开裂机理进行分析，观察开裂对石油管材组织性能的影响，根据载荷以及裂纹扩展长度计算断裂韧性大小，从而对石油管材服役环境适用性进行综合评价。

3.根据权利要求2所述的一种石油管材环境断裂韧性测试方法，其特征在于模拟现场工况包括气相和液相，其中气相主要包括H₂S、CO₂以及CH₄等腐蚀性气体介质以及少量水共存状态下的腐蚀环境；液相主要为溶解有腐蚀性气体的原油、地层水、加入的酸化压裂液以及各种助剂所组成混合液相腐蚀环境。

4.一种石油管材环境断裂韧性测试装置，其特征在于包括夹具(2)、试样(3)、液相介质(4)、气相介质(5)、气液相界面(6)、绝缘支架(7)、加载螺杆(8)、加载块(9)、玻璃棒(10)、固定孔(11)、千分表(12)、底座(13)；所述的夹具(2)尺寸足够小，在高温高压釜(1)中至少能够同时进行三组液相、气相平行实验；所述的夹具(2)由加载螺杆(8)、加载块(9)、玻璃棒(10)、固定孔(11)组成；所述的试样(3)安装在夹具(2)上，通过旋转加载螺杆(8)带动加载块(9)使试样(3)产生一定大小的挠度，通过挠度计算并确定加载在试样(3)上的载荷，考虑缺口尖端存在应力集中，通过理论计算获得加载应力，并转换为挠度即加载螺杆(8)的移动距离；所述的夹具(2)上设置有固定孔(12)，通过螺栓将夹具(2)牢牢固定在底座(13)上，从而平稳顺利地对试样(3)进行加载；所述的试样(3)与夹具(2)、加载块(9)接触部位设置有玻璃棒(10)，使试样(3)保持绝缘；所述的千分表(12)通过螺纹固定于夹具(2)上，尖端接触试样(3)缺口底部，从而准确获得试样(3)挠度大小以保证加载应力的准确性。

4.根据权利要求4所述的一种石油管材环境断裂韧性测试装置，其特征在于夹具(2)、加载螺杆(7)、加载块(10)、底座(12)是由耐腐蚀性能良好的哈氏合金加工成型，绝缘支架(7)采用聚四氟乙烯加工。

5.根据权利要求4所述的一种石油管材环境断裂韧性测试装置，其特征在于试样(3)是在现场石油管材直接取样加工，其高、宽、长尺寸分别为10mm×5mm×55mm，高方向预制V型缺口，缺口深度2mm，宽度可根据管材壁厚t进行相应调整，即10mm×t×55mm。

6.根据权利要求4所述的一种石油管材环境断裂韧性测试装置，其特征在于，所述的夹具(2)由加载螺杆(8)、加载块(9)、玻璃棒(10)、固定孔(11)组成，试样(3)与夹具(2)、加载块(9)接触部位安装玻璃棒(10)，从而避免由于电偶、热膨胀等因素造成实验误差，同时保证试样(3)挠度恒定不变。

7.根据权利要求4所述的一种石油管材环境断裂韧性测试装置，其特征在于试样(3)安装在夹具(2)上，使用螺栓通过固定孔(11)将夹具(2)与底座(13)牢牢固定，通过旋转加载螺杆(8)带动加载块(9)使试样(3)产生一定大小的挠度，通过千分表(12)读出挠度数值，计算得出加载在试样(3)上的实际载荷大小。