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,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(ci)外,鎳(nie)基合(he)(he)金在腐(fu)蝕(shi)(shi)環(huan)境中的腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)顯著低于(yu)其他合(he)(he)金,根據(ju)V. A. Maslyuk 2015年發(fa)表的《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以10%的酸性(xing)(xing)腐(fu)蝕(shi)(shi)液為(wei)例,傳統不銹鋼、司太立(鈷基合(he)(he)金)、 VK8硬質(zhi)合(he)(he)金腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)均邊際(ji)上升,腐(fu)蝕(shi)(shi)程(cheng)度隨(sui)時間指數型增(zeng)長;鎳(nie)基合(he)(he)金的腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su) 率(lv)顯著低于(yu)其他合(he)(he)金,且(qie)穩定保持(chi)低位。上述優異性(xing)(xing)能(neng)為(wei)鎳(nie)基合(he)(he)金在高腐(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)(xing)油氣 田環(huan)境下的有效工(gong)作,形(xing)成顯著優勢
雖然抗(kang)腐蝕能(neng)力強,但鎳基合金油(you)井管(guan)(guan)生(sheng)產難(nan)度(du)明顯大于常規(gui)油(you)井管(guan)(guan),根據楊軍《鎳 基合金耐蝕井管(guan)(guan)可加工(gong)性(xing)評述》,鎳基合金含有(you)許(xu)多高熔點金屬元(yuan)素(su),原子結構穩 定(ding),抗(kang)拉強度(du)約(yue)為(wei)(wei) 896MPa,切削力為(wei)(wei)普通(tong)鋼(gang)材(cai)的 2-4 倍,即使溫度(du)達到1050-1150 ℃,抗(kang) 拉 強 度(du) 仍 然 很 高 (100-200MPa) 。鎳基合金有(you)4項(xiang)物理性(xing)能(neng)參數均(jun) 達到難(nan)加工(gong)材(cai)料的要求,其可加工(gong)性(xing)僅為(wei)(wei)45鋼(gang)(普通(tong)碳素(su)結構鋼(gang))的5%-15%。
熱擠(ji)壓等(deng)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)是生(sheng)產(chan)鎳(nie)基合(he)金油(you)井管的(de)(de)必(bi)備工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)。根據肖國章(zhang)《高酸性(xing)氣田用鎳(nie)基 耐(nai)蝕合(he)金油(you)套管的(de)(de)生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)》,鎳(nie)基合(he)金油(you)井管生(sheng)產(chan)難度明(ming)顯大于(yu)常規耐(nai)蝕油(you)井管, 在化學成分、生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)、外觀質(zhi)量(liang)、力學性(xing)能及無(wu)損探傷等(deng)方面較為復(fu)(fu)雜和(he)苛(ke)刻。鎳(nie) 基耐(nai)蝕合(he)金油(you)套管的(de)(de)生(sheng)產(chan)及加工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)關鍵工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi):合(he)金冶煉—(鍛(duan)造)—熱擠(ji)壓—中間(jian)熱 處理(固(gu)溶處理)—冷(leng)軋—螺紋加工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)等(deng)。制造工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)序(xu)較復(fu)(fu)雜,生(sheng)產(chan)難度較大且質(zhi)量(liang)要 求嚴格。由(you)于(yu)鎳(nie)基耐(nai)蝕合(he)金高溫塑性(xing)極差,熱成型溫度范圍窄,變形抗力較大,所以 無(wu)法采用傳(chuan)統的(de)(de)穿孔(kong)軋制工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)制造,必(bi)須通(tong)過高溫下的(de)(de)高速率大應變的(de)(de)擠(ji)壓工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)完 成,將(jiang)金屬加熱到(dao)在再結晶溫度以上進(jin)行擠(ji)壓,使(shi)管坯從模孔(kong)中擠(ji)出,從而得(de)到(dao)與 模孔(kong)斷面形狀相符的(de)(de)管材。

