Целью настоящей диссертации является разработка научно-прикладных основ повышения эксплуатационной надежности промысловых трубопроводов, эксплуатируемых в суровых климатических и природно-геологических условиях, на основе решения важных научно-практических задач: 1. исследование природы и механизма углекислотной коррозии трубных сталей в условиях эксплуатации в агрессивных средах; 2. исследование причин и установление механизма локальной коррозии сварных нефтепроводов; разработка математических моделей коррозионных процессов и прогнозных оценок ресурса промысловых трубопроводов; 3. выявление степени влияния водорода на механизм сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН), а также инициированного им расслоения (ВИР) труб, и создание моделей механизмов указанных видов разрушения; 4. разработка научно обоснованных рекомендаций повышения коррозионной трещиностойкости трубных сталей и их сварных соединений, а также технологической прочности промысловых трубопроводов; 5. исследование и разработка рекомендаций по оптимизации химического состава сварных трубопроводов, содержания в них водорода и способов реализации, обеспечивающих высокую их трещиностойкость в широком интервале изменения температур (+40 ... -60°С); 6. разработка новых марок сталей для изготовления промысловых труб, проведение испытаний их хладостойких и коррозионных свойств, а также организация их опытно-промышленной проверки и внедрения на промыслах; 7. разработка новой марки электродов для сварки корневых швов монтажных стыков, проведение испытаний их сварочно-технологических характеристик и і свойств металла шва. СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 6 1 .ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБОПРОВОДОВ 21 1.1 .Причины разрушений нефтегазопроводов 24 1.2.Анализ аварийности трубопроводов 25 1.3.Оценка надежности промысловых трубопроводов 44 2.ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ ПРОМЫСЛОВЫХ НЕФТЕПРО ВОДОВ 48 2.1 .Анализ причин коррозионных разрушений промысловых трубопро водов 49 2.2. Исследование коррозионной стойкости нефтегазопроводов 57 2.2.1. Методика исследований и материалы 59 2.2.2. Результаты исследований и их обсуждение 60 2.3.Изучение причин и механизма локальной коррозии промысловых нефтепроводов 79 2.4. Исследование механизма образования продуктов коррозии 97 2.5. Влияние кислорода и сероводорода на углекислотную коррозию сталей нефтегазового назначения 106 2.5.1. Методика экспериментов 106 2.5.2. Результаты испытаний и их обсуждение 2.6. Оценка коррозионной стойкости труб из углеродистых и низколегированных сталей 119 2.6.1. Методика исследования 120 2.6.2. Результаты исследований и их обсуждение 122 2.7. Влияние модифицирующих микродобавок на коррозионную стойкость трубных низколегированных сталей 126 2.7.1. Методика экспериментов 128 2.8. Влияние модифицирующих микродобавок на коррозионную стойкость сварных соединений нефтегазопроводов 169 2.8.1. Методика экспериментов 169 2.8.2. Результаты испытаний и их обсуждение 171 2.9. Разработка технологических методов обеспечения коррозионной стойкости трубопроводов 181 Выводы по главе 198 З.ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕЩИНОСТОЙКОСТИ И РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНОЛО ГИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ 202 3.1. Исследование влияния водорода на механизм сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН) сталей промысловых трубопроводов 203 3.1.1. Методика исследований и материалы 204 3.1.2. Результаты исследований и их анализ 204 3.2.Аналитический метод расчета и прогнозирования трещиностойкости промысловых трубопроводов 210 3.3. Стойкость трубных сталей против СКРН и ВИР в сероводородсодер- жащих средах 219 3.3.1. Критерии и методы исследований 221 3.3.2. Исследование СКРН 225 3.3.3. Исследование ВИР 228 3.3.4. Исследование характеристик вязкого разрушения сталей 229 3.3.5. Металлографические исследования 230 3.4. Модель механизма сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН) трубных сталей нефтегазопроводов 232 3.5. Модель механизма водородного расслоения трубных сталей нефтегазопроводов 237 3.6. Оценка эксплуатационной надежности нефтепроводов при наличии локальных дефектов сварных соединений 247 3.7. Разработка практических рекомендаций для повышения техноло гической прочности нефтепроводов 257 3.7.1. Основные положения методики исследования, результаты и их анализ 262 Выводы по главе 272 4. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЖОКОНСТРУКЦИЙ НЕФТЕГАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ 274 4.1 .Механические свойства хладостойких низколегированных сталей 275 4.1.1. Влияние химического состава на механические свойства металла шва 276 4.1.2. Влияние технологических параметров сварки на механические свойства металла шва 281 4.2.Взаимосвязь характера разрушения сварного соединения со струк турой наплавленного металла 283 4.3. Влияние модифицирующих микродобавок на характеристики вязкого разрушения и хрупкую прочность хладостойкой низко легированной стали 290 4.3.1. Методика экспериментов 291 4.3.2. Результаты испытаний и их обсуждение 293 4.4.Влияние модифицирующих микродобавок на прочностные свойства и показатели вязкого разрушения сварных соединений нефтегазо проводов 309 4.4.1. Методика экспериментов 309 4.4.2. Результаты испытаний и их обсуждение 311 Выводы по главе 324 5.РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО ТРУБНЫХ СТАЛЕЙ И СВАРОЧНЫХ ЭЛЕКТРОДОВ С ВЫСОКИМИ ХЛАДОСТОЙКИМИ И КОРРОЗИОННЫМИ СВОЙСТВАМИ 326 5.1 .Разработка новых составов трубных сталей, их опытно- промышленное испытание и внедрение в производство 327 5.2. Рекомендации по совершенствованию хладо- и коррозионно- стойких труб 338 5.3.Разработка электродов для сварки монтажных неповоротных стыков трубопроводов в трассовых условиях нефтяных месторождений 339 5.3.1.Особенности сварки корневых швов в потолочном положении электродами АНО-ТМ при минусовых температурах 349 5.3.2.0пытно-промышленные испытания электродов АНО-ТМ на нефтепромыслах Западной Сибири 357 Выводы по главе 360 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 362 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 366 ПРИЛОЖЕНИЕ А 388 ПРИЛОЖЕНИЕ Б 396 ПРИЛОЖЕНИЕ В 404