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(ji)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)合金在腐(fu)(fu)蝕環(huan)境中的腐(fu)(fu)蝕速率(lv)顯(xian)著低(di)于其他合金,根據V. A. Maslyuk 2015年發表的《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以10%的酸性腐(fu)(fu)蝕液為例,傳統不銹鋼、司太(tai)立(鈷基(ji)合金)、 VK8硬(ying)質合金腐(fu)(fu)蝕速率(lv)均邊際上升,腐(fu)(fu)蝕程度隨時間指(zhi)數型增長;鎳基(ji)合金的腐(fu)(fu)蝕速 率(lv)顯(xian)著低(di)于其他合金,且穩(wen)定保持(chi)低(di)位。上述優(you)異性能為鎳基(ji)合金在高腐(fu)(fu)蝕性油氣 田環(huan)境下的有(you)效工(gong)作,形成顯(xian)著優(you)勢
雖(sui)然(ran)抗(kang)(kang)腐蝕能力強(qiang),但(dan)鎳(nie)基合(he)金油井管生產(chan)難度明顯大于常規油井管,根據楊軍《鎳(nie) 基合(he)金耐(nai)蝕井管可加工(gong)(gong)性(xing)(xing)評述(shu)》,鎳(nie)基合(he)金含有許多高(gao)熔點金屬元(yuan)素(su),原子結(jie)構(gou)穩 定,抗(kang)(kang)拉強(qiang)度約為(wei) 896MPa,切削力為(wei)普(pu)通鋼(gang)材的 2-4 倍(bei),即使溫度達(da)到1050-1150 ℃,抗(kang)(kang) 拉 強(qiang) 度 仍 然(ran) 很(hen) 高(gao) (100-200MPa) 。鎳(nie)基合(he)金有4項物(wu)理性(xing)(xing)能參數均 達(da)到難加工(gong)(gong)材料的要求,其可加工(gong)(gong)性(xing)(xing)僅(jin)為(wei)45鋼(gang)(普(pu)通碳素(su)結(jie)構(gou)鋼(gang))的5%-15%。
熱(re)(re)(re)擠壓(ya)等工(gong)藝(yi)(yi)是生(sheng)(sheng)產(chan)鎳(nie)基合(he)金(jin)油井管的(de)(de)(de)必備工(gong)藝(yi)(yi)。根據(ju)肖國章《高(gao)(gao)酸性(xing)(xing)氣田用鎳(nie)基 耐蝕合(he)金(jin)油套管的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)》,鎳(nie)基合(he)金(jin)油井管生(sheng)(sheng)產(chan)難度明(ming)顯大(da)于常規耐蝕油井管, 在化(hua)學成(cheng)(cheng)(cheng)分、生(sheng)(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)(yi)、外觀質(zhi)量、力學性(xing)(xing)能(neng)及(ji)無(wu)損探傷等方面(mian)較為復雜和苛刻。鎳(nie) 基耐蝕合(he)金(jin)油套管的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)產(chan)及(ji)加(jia)工(gong)關(guan)鍵工(gong)藝(yi)(yi):合(he)金(jin)冶煉(lian)—(鍛(duan)造)—熱(re)(re)(re)擠壓(ya)—中間(jian)熱(re)(re)(re) 處理(固溶(rong)處理)—冷(leng)軋(ya)—螺紋加(jia)工(gong)等。制(zhi)造工(gong)序(xu)較復雜,生(sheng)(sheng)產(chan)難度較大(da)且質(zhi)量要 求嚴格。由于鎳(nie)基耐蝕合(he)金(jin)高(gao)(gao)溫塑性(xing)(xing)極差,熱(re)(re)(re)成(cheng)(cheng)(cheng)型溫度范(fan)圍窄,變形抗力較大(da),所(suo)以 無(wu)法采用傳(chuan)統的(de)(de)(de)穿孔軋(ya)制(zhi)工(gong)藝(yi)(yi)制(zhi)造,必須通過高(gao)(gao)溫下(xia)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)速率大(da)應變的(de)(de)(de)擠壓(ya)工(gong)藝(yi)(yi)完(wan) 成(cheng)(cheng)(cheng),將金(jin)屬加(jia)熱(re)(re)(re)到(dao)在再結晶溫度以上進行擠壓(ya),使管坯從模孔中擠出,從而得到(dao)與 模孔斷面(mian)形狀相符的(de)(de)(de)管材。

