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(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,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)基(ji)合(he)金(jin)(jin)在(zai)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)環(huan)境中的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)顯著(zhu)低(di)于其他合(he)金(jin)(jin),根(gen)據(ju)V. A. Maslyuk 2015年發表(biao)的(de)(de)《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以10%的(de)(de)酸性(xing)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)液為例(li),傳統(tong)不銹鋼、司太立(鈷基(ji)合(he)金(jin)(jin))、 VK8硬(ying)質合(he)金(jin)(jin)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速率(lv)均邊(bian)際上(shang)升,腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)程度隨時(shi)間指數型增長;鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)的(de)(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)速 率(lv)顯著(zhu)低(di)于其他合(he)金(jin)(jin),且(qie)穩定保持低(di)位。上(shang)述優異性(xing)能為鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)在(zai)高(gao)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)性(xing)油氣 田(tian)環(huan)境下的(de)(de)有效(xiao)工作,形成(cheng)顯著(zhu)優勢
雖然抗腐蝕能(neng)力強,但鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)油(you)井管生產難度(du)明顯大(da)于(yu)常規油(you)井管,根據楊軍《鎳(nie) 基合(he)(he)金(jin)耐(nai)蝕井管可(ke)加(jia)工性(xing)(xing)評述》,鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)含有(you)許(xu)多高熔點金(jin)屬元(yuan)素(su),原子結(jie)構(gou)穩 定,抗拉強度(du)約為(wei)(wei)(wei) 896MPa,切削力為(wei)(wei)(wei)普(pu)(pu)通鋼(gang)材的 2-4 倍,即(ji)使溫度(du)達(da)到1050-1150 ℃,抗 拉 強 度(du) 仍 然 很 高 (100-200MPa) 。鎳(nie)基合(he)(he)金(jin)有(you)4項(xiang)物理性(xing)(xing)能(neng)參數均 達(da)到難加(jia)工材料的要(yao)求,其可(ke)加(jia)工性(xing)(xing)僅為(wei)(wei)(wei)45鋼(gang)(普(pu)(pu)通碳素(su)結(jie)構(gou)鋼(gang))的5%-15%。
熱擠壓(ya)等工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)是(shi)生(sheng)(sheng)產(chan)鎳基(ji)合(he)金(jin)(jin)油(you)井管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)必(bi)備工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)。根據肖國章《高(gao)酸性(xing)氣田用鎳基(ji) 耐(nai)蝕合(he)金(jin)(jin)油(you)套管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)》,鎳基(ji)合(he)金(jin)(jin)油(you)井管(guan)(guan)(guan)(guan)生(sheng)(sheng)產(chan)難度(du)明(ming)顯大(da)(da)于(yu)常規耐(nai)蝕油(you)井管(guan)(guan)(guan)(guan), 在(zai)化學(xue)成分、生(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)、外觀質量(liang)、力(li)學(xue)性(xing)能及無損探傷等方面(mian)(mian)較(jiao)為復雜(za)和(he)苛刻。鎳 基(ji)耐(nai)蝕合(he)金(jin)(jin)油(you)套管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)及加工(gong)(gong)關(guan)鍵工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi):合(he)金(jin)(jin)冶煉—(鍛造)—熱擠壓(ya)—中間熱 處理(固溶(rong)處理)—冷軋—螺紋加工(gong)(gong)等。制(zhi)造工(gong)(gong)序較(jiao)復雜(za),生(sheng)(sheng)產(chan)難度(du)較(jiao)大(da)(da)且質量(liang)要 求嚴格。由于(yu)鎳基(ji)耐(nai)蝕合(he)金(jin)(jin)高(gao)溫(wen)(wen)塑性(xing)極差,熱成型溫(wen)(wen)度(du)范圍(wei)窄,變形抗(kang)力(li)較(jiao)大(da)(da),所以 無法采用傳統的(de)(de)(de)穿孔軋制(zhi)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)制(zhi)造,必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)高(gao)溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)高(gao)速率大(da)(da)應變的(de)(de)(de)擠壓(ya)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)(yi)完 成,將金(jin)(jin)屬加熱到(dao)在(zai)再結(jie)晶溫(wen)(wen)度(du)以上進行擠壓(ya),使管(guan)(guan)(guan)(guan)坯從模(mo)孔中擠出(chu),從而(er)得(de)到(dao)與 模(mo)孔斷面(mian)(mian)形狀相符的(de)(de)(de)管(guan)(guan)(guan)(guan)材。

