套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法-编制说明

《套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法》

（征求意见稿）

编制说明

一、工作简况

根据国标委发[2021]41号文“国家标准化管理委员会关于下达2021年第四批推荐性国

家标准计划及相关标准外文版计划的通知”，国家标准《套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试

验方法》以计划编号20214879-T-469下达，该标准由中国石油集团工程材料研究院有限公

司（原中国石油集团石油管工程技术研究院）牵头编写，中国石油天然气股份有限公司塔里

木油田分公司、西安三环石油管材科技有限公司、中国石油天然气股份有限公司长庆油田分

公司、宝山钢铁股份有限公司、天津钢管制造有限公司、西安石油大学、衡阳华菱钢管有限

公司、中信泰富特钢集团股份有限公司等参与编写，工作组成员包括韩燕、付安庆、徐婷、

白真权、尹成先、方伟、赵雪会、袁军涛、龙岩、吕乃欣、李轩鹏、王远、史东峰、赵密锋、

杨立华、吕传涛、齐亚猛、董会、郑秋艳、杨永昌。任务分工如下：韩燕负责对标准的结构、

大纲、主要技术条款进行编写，赵密锋、杨立华、董会负责油田现场调研、资料收集和试验

介质部分的编写，吕乃欣、李轩鹏、王远负责试验设备部分的编写，付安庆、赵雪会、袁军

涛、龙岩负责试验程序部分的编写，吕传涛、齐亚猛、郑秋艳、杨永昌负责试样制备部分的

编写，白真权、尹成先负责试样评定部分的编写，徐婷、方伟负责标准试验报告部分的编写

吕乃欣和史东峰负责标准方法的试验验证。

项目组从2020年1月～2023年1月，陆续完成了油田现场调研、资料收集、试验验证

及征求意见稿的起草工作。简要过程如下：

（1）油田现场调研：在2020年1月～2020年12月期间，项目负责人针对国内外套管

和油管全尺寸拉伸试验设备及方法进行了相关的资料调研与交流。项目组成员先后赴塔里木

油田、大港油田、大庆油田、长庆油田等地进行了考察，详细了解了套管和油管全尺寸拉伸

应力腐蚀试验的需求和工况，对套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究有了深入的认识。

（2）资料收集及试验验证：在2020年6月～2021年12月期间，收集并分析了国内外

相关资料。其中包括美国俄亥俄大学多相流大型环路试验设备、美国塔尔萨大学两相流腐蚀

装置、挪威SINTEF环路试验装置、大庆油田复合加载多功能试验装备，以及西安石油大学

喷射式冲蚀试验装置等，这些资料的学习和掌握为标准的编写提供了基础。2021年1月~2022

年12月，开展了多次油套管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究，为标准的编写积累了实际操作

经验。

2

（3）征求意见稿的编制：2022年1月~2023年1月，启动本标准的制定工作，按照标

准制、修订工作程序的要求，成立了标准起草工作组。系统分析了我国油田现场的检验需求，

对标准中的主要测试内容进行了分析，组织工作组成员进行多轮讨论后，根据国内目前对套

管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验要求，起草了标准的征求意见稿。

二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容的论据

本标准以国内外先进标准为基础，并考虑国内油田现场的具体工况，立足于满足我国石

油工业发展的需要，促进我国套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究的开展。最终按照

GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》要求确定草

案结构框架。

主要技术内容有套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验原理、试验溶液、试验设备、试样、

试验程序、试样评价和对试验报告的要求。

三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果（下面内容供

参考）

为了验证标准中主要实验方法的可行性，编制组与油套管生产厂家、油田现场应用单位

共同合作，对标准所列主要项目进行了理论及试验验证，结果表明，标准所列检测项目切实

可行，对套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究具有实际指导意义。

1、主要试验（或验证）的分析、综述报告

近年来，随着气田开发不断向极端苛刻储藏迈进，油气井酸化等储层改造工艺得到大规

模应用，套管和油管柱面临更加苛刻的服役环境；同时，新型涂镀层管材及特殊密封螺纹接

头不断涌现，为确保油气井管柱的密封完整性，在现场使用前开展新产品新工艺的井下作业

可靠性验证是十分必要的。而针对井下管柱所面临的苛刻受力及腐蚀环境，实验室小尺寸样

品试验与现场生产实际情况存在较大差异，已无法满足工程实际需求，为此油田现场多次提

出开展全尺寸拉伸应力腐蚀试验评价方法的研究，促进石油管材试验研究由室内小型试验向

大型实物试验发展，为油田安全开发保驾护航。

为了验证本标准所涉及全尺寸油套管的试样加工、密封，试验温度、压力的实现，以及

试样拉伸应力的加载和试验步骤的合理性和规范性，标准起草工作组以相关科研项目为依

托，对不同钢级及规格的油管试样开展了全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验，试验结果如下：

（1）超级13Cr油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

选取不同厂家的两种带接箍油管，通过焊接方式相连接，开展全尺寸拉伸应力腐蚀性能

评价试验。试验溶液采用油田现场所取残酸溶液，温度120℃、压力70MPa、加载应力87t，

在试验到第44小时时发生断裂，断口呈现出由内壁点腐蚀引发的应力腐蚀开裂形貌特征。

3

图1超级13Cr油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

a）断口宏观照片b）断口上二次裂纹形貌c）内壁点蚀及裂纹形貌

图2超级13Cr油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验结果

（2）110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

针对110SS油管开展了酸化阶段、生产阶段井底管柱服役工况和生产阶段上部管柱腐蚀

工况三种不同工况条件下的全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验，同时考察了位于试样中部的

接箍部分螺纹连接的密封完整性。

图3110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

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a）酸化阶段b）生产阶段井底工况c）生产阶段上部工况

图4110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验后油管内壁腐蚀形貌

图5110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验后螺纹连接处宏观照片

（3）镀层管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

选取镀层油管开展了高温高压工况下的全尺寸拉伸应力腐蚀试验，试验后将样品进行对

剖，观察内部镀层腐蚀情况，肉眼可见镀层表面出现锈蚀痕迹，在锈蚀痕迹处取金相试样分

析，发现镀层在试验后产生了微裂纹，腐蚀介质通过微裂纹接触到油管基体，基体碳钢材料

发生腐蚀。

图6镀层管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

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a）试验后油管内壁镀层b）油管镀层微裂纹

图7镀层油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验结果（内壁出现腐蚀及开裂）

2、技术经济论证

据统计，我国现有油气井约50万口，每年新钻油气井约3万口，并且每年以15~20%的

速率增加。每年使用各类管材超过350万吨，占油气开采投资比例的60%，油气井管柱在油

气资源开发中起着举足轻重的作用。油井管柱不仅投资大，每年耗资达千亿元，而且在服役

过程中存在着高风险，尤其是随着油气勘探开发条件日益复杂，深井超深井、高温高压气井、

页岩气等非常规气井和严酷腐蚀井对管柱的长期安全可靠服役和安全生产提出了严峻挑战。

同时，实验室小尺寸试样由于其尺寸及结构限制，往往无法全面反映套管和油管在苛刻工况

下的腐蚀行为，也无法开展气密封扣和新型内衬及涂镀层管材在苛刻腐蚀工况下的耐蚀及密

封完整性，油田现场对全尺寸实物套管和油管在苛刻工况下的耐蚀性能及适用性评价的要求

越来越迫切。

近年来，基于油气田生产实践的实际需求，项目组先后开展塔里木油田、大庆油田、长

庆油田等多个油田现场工况下的全尺寸管材拉伸应力腐蚀试验，明确了实物尺寸管材在多因

素协同作用下的耐蚀性能，促进了模拟油气田真实服役工况下材料的失效行为研究工作的开

展，保障了油气田生产安全，产生了良好的经济效益。实践证明全尺寸拉伸应力腐蚀试验方

法是必要的，也是可行的。

因此，本标准的制定无论经济上还是技术上都将是对当前油气田防腐工作的必要补充，

为套管和油管柱服役安全提供有利的技术保障，为油套管产品质量控制及提升提供必要的数

据支撑。

3、预期的经济效果

本文件提供了套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验的试验方法。规范了套管和油管全尺

寸拉伸应力腐蚀试验的试验溶液、试验设备、试样、试验程序，以及试样评价和试验报告内

容。按照本文件提出的步骤开展试验，可以实现对于套管和油管服役工况的模拟，获得全尺

寸套管或油管在高温、高压、模拟油田现场溶液、同时承受轴向拉伸载荷条件下的耐腐蚀性

能结果（包括腐蚀开裂敏感性、腐蚀速率和腐蚀形貌特征等），以及带有接箍等特殊连接结

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构管段在复杂工况条件下的密封完整性能。可以为苛刻工况油气田井下管柱安全选材、设计，

以及油套管失效分析提供技术支撑及保障，对于预防套管和油管失效起到非常重要的作用，

引用前景广阔。

四、采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标准水平的对比情况，或

与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况

本标准为非采标项目。

目前，国内外有关于石油管材力学性能的全尺寸试验测试方法，如套管和油管接头评价

程序推荐做法ISO13679、APIRP5C5-2017、GB/T21267-2017和SY/T6128-2012。但由

于腐蚀试验涉及温度、压力、腐蚀介质等苛刻工况，同时，全尺寸管样拉伸应力腐蚀试验受

限于试验装备的缺乏，并未见相关方法标准。国际上采用的应力腐蚀试验标准主要为小尺寸

的实验室室内评价试验方法。主要有ISO7539-1~ISO7539-11“金属和合金的腐蚀应力腐

蚀试验”系列标准,规定了设计和进行金属应力腐蚀敏感性试验和评定的试验方法选择的一

般性指导原则，其中包括弯梁样的制备和应用、U型弯曲试样的制备和应用、单轴拉伸试样

的制备和应用等；还有NACETM0177-2016、GB/T4157-2017“金属在H2S环境中抗硫化物应

力开裂和应力腐蚀开裂的实验室试验方法”，规定了在含H2S的低pH值水溶液环境中，金属

材料在受拉伸应力作用下的抗硫化物应力开裂（SSC）和应力腐蚀开裂（SCC）的实验室试验

方法，包括拉伸试验、弯梁试验、C形环试验和双悬臂梁试验四种加载方式。目前为止，国

际上并没有全尺寸套管和油管拉伸应力腐蚀试验方法相关的标准。

五、与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本标准的应用可对我国油气田现场在苛刻服役工况油套管选材及设计方面提供相应标

准，降低套管和油管井下失效事故的发生；同时，有利于油套管生产企业产品质量检验和性

能提升，是现行油套管产品检验标准的补充；可促进我国石油天然气开发领域相关法律、法

规、政策及相关标准的实施应用，有利于油田生产企业安全稳定长周期运行。

六、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

七、国家标准作为强制性国家标准或推荐性国家标准的建议

建议本标准作为推荐性标准。

八、贯彻国家标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容）

目前，全球油气田生产开发不断向苛刻环境发展，开展全尺寸套管和油管在多因素协同

作用下的耐蚀性能检测试验对保障油气田生产安全和提升油套管产品质量都有着至关重要

的作用，全尺寸管材拉伸应力腐蚀试验的需求越来越迫切。国内外目前对于套管和油管全尺

寸拉伸应力腐蚀试验没有可依据的方法标准，无法满足套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验

研究及套管和油管产品的全尺寸拉伸应力腐蚀试验检测需要。建议尽快进入标准送审和报批

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阶段，并在使用过程中加强标准宣贯力度，严格执行标准要求。

建议本标准发布后，由标准归口单位牵头，组织相关科研院所、制造厂家和用户企业相

关领域的专家、研究人员，由标准起草人对标准内容进行宣贯。

九、废止现行有关标准的建议

无。

十、其他应予说明的事项

根据中油党组任〔2021〕180号《关于中国石油集团石油管工程技术研究院（中国石油

天然气集团公司管材研究所）转企改制后领导班子成员职务名称变更的通知》文件，本标准

第一起草单位中国石油集团石油管工程技术研究院现更名为中国石油集团工程材料研究院

有限公司。

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国家标准编制说明

《套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法》

2023年2月

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《套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验方法》

（征求意见稿）

编制说明

一、工作简况

根据国标委发[2021]41号文“国家标准化管理委员会关于下达2021年第四批推荐性国

家标准计划及相关标准外文版计划的通知”，国家标准《套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试

验方法》以计划编号20214879-T-469下达，该标准由中国石油集团工程材料研究院有限公

司（原中国石油集团石油管工程技术研究院）牵头编写，中国石油天然气股份有限公司塔里

木油田分公司、西安三环石油管材科技有限公司、中国石油天然气股份有限公司长庆油田分

公司、宝山钢铁股份有限公司、天津钢管制造有限公司、西安石油大学、衡阳华菱钢管有限

公司、中信泰富特钢集团股份有限公司等参与编写，工作组成员包括韩燕、付安庆、徐婷、

白真权、尹成先、方伟、赵雪会、袁军涛、龙岩、吕乃欣、李轩鹏、王远、史东峰、赵密锋、

杨立华、吕传涛、齐亚猛、董会、郑秋艳、杨永昌。任务分工如下：韩燕负责对标准的结构、

大纲、主要技术条款进行编写，赵密锋、杨立华、董会负责油田现场调研、资料收集和试验

介质部分的编写，吕乃欣、李轩鹏、王远负责试验设备部分的编写，付安庆、赵雪会、袁军

涛、龙岩负责试验程序部分的编写，吕传涛、齐亚猛、郑秋艳、杨永昌负责试样制备部分的

编写，白真权、尹成先负责试样评定部分的编写，徐婷、方伟负责标准试验报告部分的编写

吕乃欣和史东峰负责标准方法的试验验证。

项目组从2020年1月～2023年1月，陆续完成了油田现场调研、资料收集、试验验证

及征求意见稿的起草工作。简要过程如下：

（1）油田现场调研：在2020年1月～2020年12月期间，项目负责人针对国内外套管

和油管全尺寸拉伸试验设备及方法进行了相关的资料调研与交流。项目组成员先后赴塔里木

油田、大港油田、大庆油田、长庆油田等地进行了考察，详细了解了套管和油管全尺寸拉伸

应力腐蚀试验的需求和工况，对套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究有了深入的认识。

（2）资料收集及试验验证：在2020年6月～2021年12月期间，收集并分析了国内外

相关资料。其中包括美国俄亥俄大学多相流大型环路试验设备、美国塔尔萨大学两相流腐蚀

装置、挪威SINTEF环路试验装置、大庆油田复合加载多功能试验装备，以及西安石油大学

喷射式冲蚀试验装置等，这些资料的学习和掌握为标准的编写提供了基础。2021年1月~2022

年12月，开展了多次油套管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究，为标准的编写积累了实际操作

经验。

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（3）征求意见稿的编制：2022年1月~2023年1月，启动本标准的制定工作，按照标

准制、修订工作程序的要求，成立了标准起草工作组。系统分析了我国油田现场的检验需求，

对标准中的主要测试内容进行了分析，组织工作组成员进行多轮讨论后，根据国内目前对套

管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验要求，起草了标准的征求意见稿。

二、国家标准编制原则和确定国家标准主要内容的论据

本标准以国内外先进标准为基础，并考虑国内油田现场的具体工况，立足于满足我国石

油工业发展的需要，促进我国套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究的开展。最终按照

GB/T1.1－2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》要求确定草

案结构框架。

主要技术内容有套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验原理、试验溶液、试验设备、试样、

试验程序、试样评价和对试验报告的要求。

三、主要试验（或验证）的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效果（下面内容供

参考）

为了验证标准中主要实验方法的可行性，编制组与油套管生产厂家、油田现场应用单位

共同合作，对标准所列主要项目进行了理论及试验验证，结果表明，标准所列检测项目切实

可行，对套管和油管全尺寸拉伸应力腐蚀试验研究具有实际指导意义。

1、主要试验（或验证）的分析、综述报告

近年来，随着气田开发不断向极端苛刻储藏迈进，油气井酸化等储层改造工艺得到大规

模应用，套管和油管柱面临更加苛刻的服役环境；同时，新型涂镀层管材及特殊密封螺纹接

头不断涌现，为确保油气井管柱的密封完整性，在现场使用前开展新产品新工艺的井下作业

可靠性验证是十分必要的。而针对井下管柱所面临的苛刻受力及腐蚀环境，实验室小尺寸样

品试验与现场生产实际情况存在较大差异，已无法满足工程实际需求，为此油田现场多次提

出开展全尺寸拉伸应力腐蚀试验评价方法的研究，促进石油管材试验研究由室内小型试验向

大型实物试验发展，为油田安全开发保驾护航。

为了验证本标准所涉及全尺寸油套管的试样加工、密封，试验温度、压力的实现，以及

试样拉伸应力的加载和试验步骤的合理性和规范性，标准起草工作组以相关科研项目为依

托，对不同钢级及规格的油管试样开展了全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验，试验结果如下：

（1）超级13Cr油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

选取不同厂家的两种带接箍油管，通过焊接方式相连接，开展全尺寸拉伸应力腐蚀性能

评价试验。试验溶液采用油田现场所取残酸溶液，温度120℃、压力70MPa、加载应力87t，

在试验到第44小时时发生断裂，断口呈现出由内壁点腐蚀引发的应力腐蚀开裂形貌特征。

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图1超级13Cr油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

a）断口宏观照片b）断口上二次裂纹形貌c）内壁点蚀及裂纹形貌

图2超级13Cr油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验结果

（2）110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

针对110SS油管开展了酸化阶段、生产阶段井底管柱服役工况和生产阶段上部管柱腐蚀

工况三种不同工况条件下的全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验，同时考察了位于试样中部的

接箍部分螺纹连接的密封完整性。

图3110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

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a）酸化阶段b）生产阶段井底工况c）生产阶段上部工况

图4110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验后油管内壁腐蚀形貌

图5110SS油管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验后螺纹连接处宏观照片

（3）镀层管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验

选取镀层油管开展了高温高压工况下的全尺寸拉伸应力腐蚀试验，试验后将样品进行对

剖，观察内部镀层腐蚀情况，肉眼可见镀层表面出现锈蚀痕迹，在锈蚀痕迹处取金相试样分

析，发现镀层在试验后产生了微裂纹，腐蚀介质通过微裂纹接触到油管基体，基体碳钢材料

发生腐蚀。

图6镀层管全尺寸拉伸应力腐蚀性能评价试验