2025年油井材料考试试题及答案

2025年油井材料考试试题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.下列油井管材料中，不属于API5CT标准涵盖的钢级是：A.L80-13CrB.P110QC.316L不锈钢D.N80Q2.硫化氢（H₂S）环境下，油井管材料的临界应力腐蚀开裂（SSC）敏感性主要与哪种元素的含量直接相关？A.碳（C）B.硫（S）C.铬（Cr）D.氢（H）3.热采井（注蒸汽开采）中，套管材料需重点考虑的性能是：A.低温冲击韧性B.高温持久强度C.抗CO₂均匀腐蚀能力D.抗磨损性能4.用于酸性气井（含H₂S、CO₂）的超级13Cr不锈钢，其铬含量通常为：A.11-13%B.13-15%C.15-17%D.17-19%5.下列涂层技术中，最适合用于油管内表面抗磨损防护的是：A.环氧粉末涂层B.渗铝涂层C.碳化钨热喷涂D.聚四氟乙烯（PTFE）涂层6.钻杆接头材料（如S135钢级）的关键性能指标是：A.抗H₂S应力腐蚀性能B.高疲劳强度C.低屈强比D.良好的焊接性7.NACEMR0175标准中，对H₂S环境下使用的低合金钢硬度限制为：A.≤22HRCB.≤25HRCC.≤28HRCD.≤30HRC8.二氧化碳（CO₂）腐蚀的主要产物膜是：A.FeSB.FeCO₃C.Fe₂O₃D.FeCl₂9.用于海洋深水油气井的隔水管材料，优先选用的钢级是：A.API5LX65B.API5CTP110C.API5B110D.API5LX8010.缓蚀剂在油井管防护中的核心作用机理是：A.形成物理屏障隔绝介质B.改变金属表面电化学性质C.提高材料表面硬度D.降低介质腐蚀性11.下列材料中，抗Cl⁻应力腐蚀开裂（SCC）性能最优的是：A.22Cr双相不锈钢B.316L奥氏体不锈钢C.Inconel718镍基合金D.普通碳钢12.油井水泥石的主要胶凝成分是：A.硅酸三钙（C₃S）B.铝酸三钙（C₃A）C.铁铝酸四钙（C₄AF）D.硅酸二钙（C₂S）13.高温高压（HPHT）井中，套管柱设计需重点校核的参数是：A.抗外挤强度B.抗内压强度C.抗拉强度D.抗扭强度14.微生物腐蚀（MIC）在油井中的主要作用菌种是：A.硫酸盐还原菌（SRB）B.铁氧化菌（IOB）C.产酸菌（APB）D.以上均是15.用于压裂管柱的材料需具备的关键性能是：A.高抗H₂S应力腐蚀性能B.高抗疲劳和抗冲蚀性能C.良好的焊接性D.低摩擦系数二、填空题（每空1分，共20分）1.API5CT标准中，L80钢级的最小屈服强度为______MPa。2.油井管螺纹连接的密封性能主要由______和______共同保证。3.氢致开裂（HIC）的敏感材料通常为______、______较低的碳钢或低合金钢。4.热采井套管材料需满足______℃以上的高温强度要求，常用材料为______或______。5.镍基合金（如Inconel625）在酸性环境中的耐蚀性主要依赖于______元素形成的钝化膜。6.油井水泥的凝固过程分为______、______和______三个阶段。7.海洋油井管的海水腐蚀主要包括______腐蚀和______腐蚀两种形式。8.钻杆的失效模式主要有______、______和______。9.缓蚀剂按作用机理可分为______型、______型和______型。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述油套管用钢（如N80）与钻杆用钢（如G105）在性能要求上的主要差异。2.分析CO₂腐蚀的主要影响因素，并说明超级13Cr不锈钢抗CO₂腐蚀的原理。3.列举H₂S环境下油井管选材的5条关键原则，并解释其依据。4.对比环氧涂层与金属渗铝涂层在油井管防护中的优缺点。5.说明热采井套管材料（如P110H）需具备的特殊性能及其设计依据。四、综合分析题（共10分）某深层页岩气井，井深5500m，地层温度180℃，地层流体含H₂S5%（分压0.8MPa）、CO₂12%（分压2.0MPa），氯离子浓度250000mg/L。请结合材料性能与腐蚀机理，设计该井油套管的选材方案，并说明理由。--答案及解析一、单项选择题1.C（API5CT主要涵盖碳钢、低合金钢及部分不锈钢，316L属于奥氏体不锈钢，通常执行ASTM标准）2.A（碳含量升高会增加材料硬度和氢脆敏感性，NACE标准对C含量有严格限制）3.B（注蒸汽温度可达350℃以上，需材料在高温下保持足够强度）4.B（超级13Cr含Cr约13-15%，添加Mo、Ni等元素提升耐蚀性）5.C（碳化钨热喷涂硬度高，抗磨损性能优异）6.B（钻杆承受周期性拉压和扭转应力，疲劳强度是关键）7.A（NACEMR0175规定H₂S环境下低合金钢硬度≤22HRC，防止氢脆）8.B（CO₂溶于水提供H₂CO₃，与Fe反应提供FeCO₃腐蚀产物膜）9.D（海洋深水隔水管需高抗拉强度，X80钢级满足深水高压需求）10.B（缓蚀剂通过吸附在金属表面，改变双电层结构或抑制电化学反应）11.C（镍基合金含高Ni、Cr，抗Cl⁻SCC性能优于不锈钢）12.A（硅酸三钙水化快，是水泥石早期强度的主要来源）13.B（HPHT井内压高，需校核抗内压强度防止挤毁）14.D（SRB、IOB、APB协同作用加剧腐蚀）15.B（压裂过程中管柱受高频高压冲击，需高抗疲劳和抗冲蚀性能）二、填空题1.5522.螺纹密封性；密封脂填充3.硫含量高；韧性4.300；P110H；13Cr热采专用钢5.铬（Cr）6.初始凝固；中间凝固；最终凝固7.均匀；局部（点蚀、缝隙腐蚀）8.疲劳断裂；磨损；腐蚀9.阳极抑制；阴极抑制；混合抑制三、简答题1.主要差异：①油套管侧重抗外挤、内压和腐蚀性能（长期静态服役）；钻杆侧重疲劳强度和抗扭性能（动态旋转受力）。②油套管屈强比（σs/σb）通常≤0.92，钻杆屈强比更高（如G105可达0.95）以提高承载能力。③油套管需良好的焊接性（下井连接），钻杆接头需高硬度（抗磨损）。2.CO₂腐蚀影响因素：温度（100-150℃最严重）、CO₂分压（分压＞0.021MPa即可能腐蚀）、流速（高流速加剧冲蚀）、pH值（酸性环境加速腐蚀）。超级13Cr抗腐蚀原理：Cr含量≥13%时，表面形成致密Cr₂O₃钝化膜，Mo元素增强膜稳定性，Ni改善韧性，抑制点蚀和缝隙腐蚀。3.选材原则：①选用低强度钢级（如L80-1），降低应力腐蚀敏感性（强度↑，SSC风险↑）；②控制S、P杂质含量（≤0.015%），减少夹杂物引发的氢陷阱；③限制硬度≤22HRC（NACE要求），避免氢致开裂；④优先选用抗硫钢（如C110S），经淬火+回火处理改善组织均匀性；⑤对高含硫井，采用不锈钢或镍基合金（如22Cr双相钢），通过合金化提高耐蚀性。4.环氧涂层优点：成本低、施工方便、绝缘性好；缺点：高温易老化（≤150℃）、抗磨损性差。金属渗铝涂层优点：耐高温（≤600℃）、与基体结合力强、抗磨损；缺点：工艺复杂（需高温扩散）、成本高、脆性较大（不适用于弯曲工况）。5.特殊性能：①高温持久强度（300℃下10万小时持久强度≥350MPa），防止长期注蒸汽导致蠕变；②抗高温氧化性能（Cr含量≥2%），减少高温下氧化减薄；③低膨胀系数（与水泥环匹配），避免热应力开裂；④良好的焊接性（热影响区硬度≤22HRC），防止焊接氢脆。设计依据：热采井注汽温度300-350℃，周期注汽导致材料承受热循环载荷，需兼顾高温力学性能与尺寸稳定性。四、综合分析题选材方案：采用超级13Cr不锈钢（如13Cr-2Mo）作为油套管主材，局部关键部位（如螺纹）可选用Inconel625镍基合金。理由：①地层温度180℃（低于超级13Cr的敏感温度200℃），CO₂分压2.0MPa（＞0.021MPa，需耐CO₂腐蚀），H₂S分压0.8MPa（触发NACEMR0175限制），Cl⁻浓度极高（25万mg/L，易引发点蚀）。②超级13Cr含Cr13-15%、Mo2-3%，可在180℃下形成稳定Cr₂O₃/MoO₃复合钝化膜，抗CO₂均匀腐蚀和Cl