使用鎳基合金管是解決高H2S/CO2油氣田腐蝕問題安全且相對經濟的方法。根據楊 明《H2S/CO2條件下油井管選材研究》,鎳基(ji)合(he)金油井管主要應用于地質結構復雜、 高溫高壓高腐蝕性的特大型海相天然氣田等富含CO2、H2S等強腐蝕環境的高酸性油 氣資源。因其服役條件惡劣、制造工序復雜、生產難度大、產品質量要求苛刻等,被 譽為技術含量最高的鋼鐵產品之一。


  相比普通不銹鋼(gang),鎳基合金抗環境腐蝕性存在顯著優勢。在地質結構復雜、高溫高 壓高腐蝕性的特大型海相天然氣田等富含CO2、H2S等強腐蝕環境中,普通的傳統管 材難以滿足耐腐蝕、耐應力需求。根據R.B.Rebak《Stress corrosion cracking (SCC) of nickel-based alloys》,隨著腐蝕環境逐漸惡劣,當H2S分壓、氯化物濃度上升至 1 bar、1000ppm時,傳統奧/馬氏體不銹鋼、PH不銹鋼已不能滿足使用需求;當H2S分壓、氯化物濃度上升至10 bar、1萬ppm時,強馬氏體不銹鋼已不能滿足使用的需 求;而當H2S分壓、氯化物濃度上升至接近100 bar、10萬ppm時超奧氏體不銹鋼也 不再滿足抗腐蝕需求,此時僅鎳基合金滿足使用需求。


  此外,鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)在腐(fu)蝕(shi)(shi)環(huan)境(jing)中(zhong)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)顯著(zhu)低于(yu)其他(ta)合(he)金(jin)(jin)(jin),根據(ju)V. A. Maslyuk 2015年發表的(de)(de)《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以10%的(de)(de)酸性(xing)(xing)腐(fu)蝕(shi)(shi)液為例,傳統不銹鋼、司太立(鈷基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin))、 VK8硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)腐(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)均邊際上升,腐(fu)蝕(shi)(shi)程度隨(sui)時間指數(shu)型(xing)增長(chang);鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)速 率(lv)顯著(zhu)低于(yu)其他(ta)合(he)金(jin)(jin)(jin),且穩定保持低位。上述優異性(xing)(xing)能為鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)在高(gao)腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)油氣(qi) 田環(huan)境(jing)下的(de)(de)有效(xiao)工作,形成顯著(zhu)優勢(shi)


  雖然(ran)抗腐蝕能力強,但鎳(nie)基(ji)合金(jin)(jin)油(you)井(jing)管(guan)生產難(nan)度明顯大于常規油(you)井(jing)管(guan),根據楊(yang)軍《鎳(nie) 基(ji)合金(jin)(jin)耐(nai)蝕井(jing)管(guan)可加工性(xing)評述》,鎳(nie)基(ji)合金(jin)(jin)含有(you)許多高熔(rong)點金(jin)(jin)屬元素,原子結(jie)構穩 定,抗拉強度約為(wei) 896MPa,切削力為(wei)普通(tong)鋼材的(de)(de) 2-4 倍(bei),即使溫(wen)度達(da)到(dao)1050-1150 ℃,抗 拉 強 度 仍 然(ran) 很 高 (100-200MPa) 。鎳(nie)基(ji)合金(jin)(jin)有(you)4項物理性(xing)能參數均 達(da)到(dao)難(nan)加工材料的(de)(de)要求,其可加工性(xing)僅為(wei)45鋼(普通(tong)碳素結(jie)構鋼)的(de)(de)5%-15%。


  熱(re)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)等(deng)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是(shi)生(sheng)產(chan)(chan)鎳基(ji)合(he)(he)金油(you)(you)井(jing)管的(de)必(bi)備工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。根據(ju)肖國(guo)章《高酸性(xing)(xing)氣(qi)田用鎳基(ji) 耐(nai)(nai)(nai)蝕合(he)(he)金油(you)(you)套(tao)管的(de)生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)》,鎳基(ji)合(he)(he)金油(you)(you)井(jing)管生(sheng)產(chan)(chan)難(nan)度(du)(du)明(ming)顯大(da)于(yu)常(chang)規耐(nai)(nai)(nai)蝕油(you)(you)井(jing)管, 在化學(xue)成(cheng)(cheng)分、生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)、外(wai)觀質(zhi)量(liang)、力(li)學(xue)性(xing)(xing)能及無(wu)損探傷等(deng)方(fang)面較為復雜和(he)苛刻。鎳 基(ji)耐(nai)(nai)(nai)蝕合(he)(he)金油(you)(you)套(tao)管的(de)生(sheng)產(chan)(chan)及加工(gong)(gong)關(guan)鍵工(gong)(gong)藝(yi)(yi):合(he)(he)金冶煉—(鍛造(zao))—熱(re)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)—中間熱(re) 處理(固溶處理)—冷(leng)軋—螺紋加工(gong)(gong)等(deng)。制造(zao)工(gong)(gong)序(xu)較復雜,生(sheng)產(chan)(chan)難(nan)度(du)(du)較大(da)且(qie)質(zhi)量(liang)要(yao) 求(qiu)嚴格(ge)。由于(yu)鎳基(ji)耐(nai)(nai)(nai)蝕合(he)(he)金高溫(wen)塑性(xing)(xing)極差,熱(re)成(cheng)(cheng)型(xing)溫(wen)度(du)(du)范圍窄(zhai),變形抗力(li)較大(da),所以 無(wu)法采用傳統的(de)穿孔軋制工(gong)(gong)藝(yi)(yi)制造(zao),必(bi)須通過高溫(wen)下(xia)的(de)高速(su)率大(da)應變的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)完 成(cheng)(cheng),將金屬加熱(re)到在再結晶(jing)溫(wen)度(du)(du)以上進行擠(ji)壓(ya)(ya)(ya),使管坯從模孔中擠(ji)出(chu),從而得到與 模孔斷面形狀相符的(de)管材(cai)。



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