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(jin)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,鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)在腐(fu)蝕環(huan)境(jing)中的(de)(de)腐(fu)蝕速率顯(xian)(xian)著低(di)于(yu)其他合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin),根據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)蝕液為例,傳統不銹鋼、司太立(鈷(gu)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin))、 VK8硬質合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)腐(fu)蝕速率均邊際上(shang)升,腐(fu)蝕程(cheng)度隨時(shi)間(jian)指數型增長;鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)腐(fu)蝕速 率顯(xian)(xian)著低(di)于(yu)其他合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin),且(qie)穩(wen)定保持低(di)位。上(shang)述優異性能為鎳基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)在高腐(fu)蝕性油氣 田環(huan)境(jing)下(xia)的(de)(de)有(you)效工作,形成顯(xian)(xian)著優勢


  雖然抗腐蝕(shi)能力(li)強(qiang),但鎳(nie)基(ji)合金(jin)油井(jing)管(guan)生產難度(du)(du)明顯大于常規油井(jing)管(guan),根(gen)據楊(yang)軍《鎳(nie) 基(ji)合金(jin)耐蝕(shi)井(jing)管(guan)可加(jia)工(gong)(gong)(gong)性評述》,鎳(nie)基(ji)合金(jin)含有許多(duo)高(gao)熔點金(jin)屬(shu)元(yuan)素,原子結(jie)(jie)構穩 定(ding),抗拉(la)強(qiang)度(du)(du)約為(wei)(wei) 896MPa,切削力(li)為(wei)(wei)普通鋼材的(de) 2-4 倍,即使溫(wen)度(du)(du)達到1050-1150 ℃,抗 拉(la) 強(qiang) 度(du)(du) 仍 然 很 高(gao) (100-200MPa) 。鎳(nie)基(ji)合金(jin)有4項物理性能參數均 達到難加(jia)工(gong)(gong)(gong)材料的(de)要求,其可加(jia)工(gong)(gong)(gong)性僅為(wei)(wei)45鋼(普通碳素結(jie)(jie)構鋼)的(de)5%-15%。


  熱(re)(re)擠壓(ya)(ya)等工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)鎳(nie)(nie)基(ji)合金(jin)油(you)井(jing)管的(de)(de)(de)(de)必(bi)備工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。根據肖國(guo)章(zhang)《高(gao)酸性(xing)(xing)氣田用(yong)(yong)鎳(nie)(nie)基(ji) 耐(nai)蝕(shi)(shi)合金(jin)油(you)套管的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)》,鎳(nie)(nie)基(ji)合金(jin)油(you)井(jing)管生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)難(nan)(nan)度明(ming)顯大于常規耐(nai)蝕(shi)(shi)油(you)井(jing)管, 在化學成分(fen)、生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)、外觀質(zhi)量、力(li)(li)學性(xing)(xing)能(neng)及無損探傷等方面(mian)較為復雜(za)和苛刻。鎳(nie)(nie) 基(ji)耐(nai)蝕(shi)(shi)合金(jin)油(you)套管的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)及加(jia)(jia)工(gong)(gong)關(guan)鍵(jian)工(gong)(gong)藝(yi)(yi):合金(jin)冶(ye)煉—(鍛(duan)造)—熱(re)(re)擠壓(ya)(ya)—中間熱(re)(re) 處(chu)理(固溶處(chu)理)—冷軋—螺(luo)紋加(jia)(jia)工(gong)(gong)等。制造工(gong)(gong)序較復雜(za),生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)難(nan)(nan)度較大且質(zhi)量要 求嚴(yan)格。由于鎳(nie)(nie)基(ji)耐(nai)蝕(shi)(shi)合金(jin)高(gao)溫(wen)塑性(xing)(xing)極差,熱(re)(re)成型(xing)溫(wen)度范圍(wei)窄,變(bian)形抗力(li)(li)較大,所以(yi) 無法采用(yong)(yong)傳統(tong)的(de)(de)(de)(de)穿孔軋制工(gong)(gong)藝(yi)(yi)制造,必(bi)須通過(guo)高(gao)溫(wen)下的(de)(de)(de)(de)高(gao)速(su)率大應變(bian)的(de)(de)(de)(de)擠壓(ya)(ya)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)完 成,將金(jin)屬加(jia)(jia)熱(re)(re)到在再結晶溫(wen)度以(yi)上進(jin)行(xing)擠壓(ya)(ya),使管坯從(cong)模孔中擠出,從(cong)而得到與 模孔斷面(mian)形狀相符的(de)(de)(de)(de)管材。



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