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》,鎳基合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,鎳基(ji)合金(jin)在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)環境(jing)中的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)顯(xian)著低(di)于其他合金(jin),根(gen)據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)酸性腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)液為例,傳(chuan)統不銹(xiu)鋼、司太立(鈷基(ji)合金(jin))、 VK8硬質合金(jin)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)均(jun)邊際上升(sheng),腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)程度隨時間指數(shu)型增長;鎳基(ji)合金(jin)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速 率(lv)顯(xian)著低(di)于其他合金(jin),且穩定保持低(di)位。上述(shu)優(you)異性能為鎳基(ji)合金(jin)在(zai)高(gao)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性油(you)氣 田環境(jing)下的(de)(de)有效工作,形成顯(xian)著優(you)勢


  雖然抗(kang)腐蝕能(neng)力強,但鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金油井管(guan)生產難(nan)(nan)度明顯大于常規油井管(guan),根據楊軍《鎳(nie)(nie) 基(ji)合(he)金耐蝕井管(guan)可加工性(xing)評述》,鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金含有許多高(gao)熔點金屬元素,原子結(jie)構穩 定(ding),抗(kang)拉(la)強度約為 896MPa,切削力為普通(tong)鋼(gang)材的 2-4 倍,即使溫度達到1050-1150 ℃,抗(kang) 拉(la) 強 度 仍 然 很 高(gao) (100-200MPa) 。鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金有4項物(wu)理性(xing)能(neng)參數均 達到難(nan)(nan)加工材料的要求,其(qi)可加工性(xing)僅為45鋼(gang)(普通(tong)碳(tan)素結(jie)構鋼(gang))的5%-15%。


  熱擠(ji)(ji)壓(ya)等工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是生(sheng)產(chan)(chan)(chan)鎳基(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)油(you)井管(guan)的(de)(de)必備工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。根據肖國章《高酸性氣田用(yong)鎳基(ji) 耐(nai)(nai)蝕合(he)(he)(he)金(jin)(jin)油(you)套管(guan)的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)》,鎳基(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)油(you)井管(guan)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)難(nan)(nan)度(du)明顯(xian)大于(yu)常(chang)規耐(nai)(nai)蝕油(you)井管(guan), 在化學成分、生(sheng)產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)、外觀質(zhi)(zhi)量(liang)、力學性能及無損探(tan)傷等方(fang)面較為復(fu)雜和苛刻。鎳 基(ji)耐(nai)(nai)蝕合(he)(he)(he)金(jin)(jin)油(you)套管(guan)的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)及加工(gong)(gong)關(guan)鍵工(gong)(gong)藝(yi)(yi):合(he)(he)(he)金(jin)(jin)冶(ye)煉—(鍛造(zao))—熱擠(ji)(ji)壓(ya)—中(zhong)間熱 處理(li)(固(gu)溶處理(li))—冷軋—螺紋加工(gong)(gong)等。制(zhi)(zhi)造(zao)工(gong)(gong)序較復(fu)雜,生(sheng)產(chan)(chan)(chan)難(nan)(nan)度(du)較大且質(zhi)(zhi)量(liang)要 求嚴格。由于(yu)鎳基(ji)耐(nai)(nai)蝕合(he)(he)(he)金(jin)(jin)高溫(wen)(wen)塑性極(ji)差,熱成型溫(wen)(wen)度(du)范圍(wei)窄,變形抗(kang)力較大,所以(yi) 無法(fa)采用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)(de)穿孔軋制(zhi)(zhi)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)制(zhi)(zhi)造(zao),必須通(tong)過(guo)高溫(wen)(wen)下的(de)(de)高速率大應(ying)變的(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)完 成,將(jiang)金(jin)(jin)屬加熱到在再結晶溫(wen)(wen)度(du)以(yi)上進行擠(ji)(ji)壓(ya),使管(guan)坯從(cong)模(mo)孔中(zhong)擠(ji)(ji)出,從(cong)而得到與 模(mo)孔斷面形狀相(xiang)符的(de)(de)管(guan)材(cai)。



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