20世紀90年代后期,油田向油井管制造企業提出了需要抗二氧化碳腐蝕的13Cr不銹鋼(gang)無縫(feng)管(guan)材。最初,由于生產工藝、技術、坯料等問題,國內油井管制造企業還拿不出這種產品給油田使用。21世紀初,經與油田協商和技術論證,確定前期開發低鉻(3Cr、5Cr)管材,配合采用緩釋劑的方案,解決了部分區域二氧化碳腐蝕油井管材問題,但是這種低鉻抗二氧化碳腐蝕的管材,其適用范圍是有限,使用效果也是有限的。2001年10月,浙江不(bu)銹鋼管廠家在250機組上成功試軋出了2Cr13不銹鋼管,2003-2004年寶鋼、天津鋼管相繼開發出了13Cr油管和套管,隨后根據油田的需要,又開發出HP13Cr、SUP13Cr抗二氧化碳腐蝕的管材,近年來衡陽鋼管也開發出HP13Cr、SUP13Cr套管。
當含(han)有(you)CO2的(de)油(you)(氣(qi))井(jing)(jing)溫度超過200℃時(shi),馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)SUP15Cr也不(bu)能滿足耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕要(yao)(yao)求(qiu),需采用(yong)具有(you)良好(hao)的(de)耐(nai)(nai)二氧化(hua)(hua)碳和(he)氯離子應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕裂紋性能的(de)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)。目前(qian)開(kai)(kai)發的(de)22Cr和(he)25Cr雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)鐵(tie)素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang))不(bu)銹(xiu)鋼(gang)適用(yong)于(yu)(yu)200℃以上(shang)的(de)二氧化(hua)(hua)碳油(you)氣(qi)井(jing)(jing)。在(zai)對22Cr和(he)25Cr雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)的(de)化(hua)(hua)學成分(fen)進行設計(ji)時(shi),以調(diao)整Cr和(he)Ni的(de)含(han)量(liang)來調(diao)整耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕效果。雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)由(you)(you)鐵(tie)素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)加(jia)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組成,晶粒相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)互交叉,習慣上(shang)由(you)(you)于(yu)(yu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)鐵(tie)素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)比(bi)率不(bu)同,其耐(nai)(nai)腐(fu)(fu)蝕的(de)性能也不(bu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同。在(zai)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)鋼(gang)中除(chu)(chu)基本成分(fen)Cr、Ni外,添加(jia)Mo和(he)N等(deng)元素可提高耐(nai)(nai)孔(kong)蝕性能。雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)除(chu)(chu)了具有(you)良好(hao)的(de)耐(nai)(nai)高溫腐(fu)(fu)蝕性能外,相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)還具有(you)更好(hao)的(de)耐(nai)(nai)H2S應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕開(kai)(kai)裂性能,在(zai)常溫的(de)NACE TM 0177-A法試驗(yan)中,在(zai)A溶(rong)液(ye),85%SMYS加(jia)載環境中,馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)最多只(zhi)能通過10kPa的(de)H2S分(fen)壓試驗(yan),而雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)25Cr可以通過100kPa的(de)硫(liu)化(hua)(hua)氫分(fen)壓試驗(yan)。目前(qian)國內生(sheng)產(chan)雙(shuang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)油(you)井(jing)(jing)管的(de)公司主(zhu)要(yao)(yao)有(you)天津(jin)鋼(gang)管、寶(bao)鋼(gang)等(deng)。
有關研究報告(gao)指出對高含硫化(hua)氫(qing)、二氧(yang)化(hua)碳和(he)(he)CF的(de)高溫環境超深井天然(ran)氣(qi)田,Ni基系列(lie)合(he)金、Co基系列(lie)合(he)金和(he)(he)Ti基系合(he)金都(dou)是很好的(de)選用材料。考慮(lv)到資源和(he)(he)經濟(ji)效(xiao)益(yi),大多數是采(cai)用Ni基合(he)金作耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)合(he)金。對其檢(jian)驗(yan)的(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)(shi)項(xiang)目(mu)有:酸洗后麻坑、一般(ban)腐(fu)蝕(shi)(shi)、應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開裂的(de)敏感性(xing)等。應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)包括四點彎曲試(shi)樣的(de)檢(jian)驗(yan)、C型(xing)和(he)(he)雙(shuang)懸(xuan)臂梁(liang)式斷口試(shi)樣檢(jian)驗(yan)以及模(mo)擬條(tiao)件下(xia)進行試(shi)驗(yan),最后根據實驗(yan)數據、井底溫度條(tiao)件,按發(fa)生(sheng)失效(xiao)變化(hua)來(lai)確(que)定(ding)最佳(jia)的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金。現將(jiang)天津鋼(gang)管(guan)、寶鋼(gang)的(de)耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金(CRA)產品列(lie)于下(xia)表8-4所示。