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。


  此外,鎳基(ji)合金(jin)在腐(fu)蝕環境(jing)中的(de)腐(fu)蝕速率(lv)顯(xian)著(zhu)(zhu)低(di)于其他合金(jin),根(gen)據V. A. Maslyuk 2015年發表的(de)《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以(yi)10%的(de)酸性(xing)腐(fu)蝕液為例(li),傳(chuan)統不銹(xiu)鋼、司太立(li)(鈷基(ji)合金(jin))、 VK8硬(ying)質合金(jin)腐(fu)蝕速率(lv)均邊際上(shang)升(sheng),腐(fu)蝕程度隨時間指數(shu)型增(zeng)長;鎳基(ji)合金(jin)的(de)腐(fu)蝕速 率(lv)顯(xian)著(zhu)(zhu)低(di)于其他合金(jin),且穩定保持低(di)位(wei)。上(shang)述優(you)(you)異性(xing)能為鎳基(ji)合金(jin)在高腐(fu)蝕性(xing)油氣 田(tian)環境(jing)下的(de)有效工作,形成顯(xian)著(zhu)(zhu)優(you)(you)勢


  雖(sui)然抗腐蝕能力強(qiang),但鎳(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)油井(jing)管(guan)生(sheng)產難(nan)度(du)明顯(xian)大于常規油井(jing)管(guan),根(gen)據楊軍《鎳(nie) 基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)耐蝕井(jing)管(guan)可加(jia)(jia)工(gong)(gong)性評(ping)述(shu)》,鎳(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)含(han)有許多高(gao)熔點金(jin)(jin)屬元素,原子結(jie)構(gou)穩 定,抗拉強(qiang)度(du)約為(wei) 896MPa,切(qie)削力為(wei)普通鋼材的(de)(de) 2-4 倍(bei),即(ji)使溫度(du)達到(dao)1050-1150 ℃,抗 拉 強(qiang) 度(du) 仍 然 很 高(gao) (100-200MPa) 。鎳(nie)基(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)有4項物理性能參數均 達到(dao)難(nan)加(jia)(jia)工(gong)(gong)材料的(de)(de)要求(qiu),其可加(jia)(jia)工(gong)(gong)性僅(jin)為(wei)45鋼(普通碳素結(jie)構(gou)鋼)的(de)(de)5%-15%。


  熱擠(ji)壓等(deng)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)鎳基合金油井(jing)管(guan)的(de)必(bi)備工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。根據(ju)肖國章《高酸(suan)性氣田用(yong)鎳基 耐蝕(shi)合金油套(tao)管(guan)的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)》,鎳基合金油井(jing)管(guan)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)難度(du)明顯大(da)于常規耐蝕(shi)油井(jing)管(guan), 在化學成分(fen)、生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)、外觀質(zhi)量、力學性能及(ji)無損探(tan)傷(shang)等(deng)方面較(jiao)(jiao)為復雜和(he)苛(ke)刻。鎳 基耐蝕(shi)合金油套(tao)管(guan)的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)及(ji)加(jia)工(gong)(gong)關鍵(jian)工(gong)(gong)藝(yi)(yi):合金冶煉(lian)—(鍛造)—熱擠(ji)壓—中間熱 處理(固溶處理)—冷軋—螺紋加(jia)工(gong)(gong)等(deng)。制(zhi)造工(gong)(gong)序較(jiao)(jiao)復雜,生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)難度(du)較(jiao)(jiao)大(da)且(qie)質(zhi)量要(yao) 求嚴格。由(you)于鎳基耐蝕(shi)合金高溫塑性極差,熱成型溫度(du)范圍(wei)窄,變形抗力較(jiao)(jiao)大(da),所以 無法采用(yong)傳統(tong)的(de)穿孔軋制(zhi)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)制(zhi)造,必(bi)須(xu)通(tong)過高溫下的(de)高速率大(da)應(ying)變的(de)擠(ji)壓工(gong)(gong)藝(yi)(yi)完 成,將(jiang)金屬加(jia)熱到(dao)在再結晶(jing)溫度(du)以上進行(xing)擠(ji)壓,使管(guan)坯(pi)從模(mo)孔中擠(ji)出,從而得到(dao)與 模(mo)孔斷面形狀相符(fu)的(de)管(guan)材。



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