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(gang),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)(jin)(jin)在腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)環境中的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率(lv)顯著低于其他合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin),根(gen)據V. A. Maslyuk 2015年發表(biao)的(de)《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以10%的(de)酸性(xing)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)液為例,傳統不(bu)銹鋼、司(si)太(tai)立(鈷基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin))、 VK8硬質(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速率(lv)均邊際上(shang)升,腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)程度隨(sui)時(shi)間指數型(xing)增(zeng)長;鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)速 率(lv)顯著低于其他合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin),且穩定保持低位。上(shang)述優(you)異性(xing)能為鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)在高腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)油氣 田環境下的(de)有(you)效工作(zuo),形成顯著優(you)勢


  雖然(ran)抗腐(fu)蝕能(neng)力強,但鎳(nie)(nie)基(ji)合金油(you)井管(guan)生產難度明顯(xian)大于(yu)常規油(you)井管(guan),根據楊軍《鎳(nie)(nie) 基(ji)合金耐蝕井管(guan)可(ke)加(jia)工性(xing)評述》,鎳(nie)(nie)基(ji)合金含有許多(duo)高熔(rong)點(dian)金屬元(yuan)素,原子結構穩(wen) 定,抗拉強度約(yue)為 896MPa,切削力為普通鋼材(cai)的 2-4 倍,即使(shi)溫度達(da)到1050-1150 ℃,抗 拉 強 度 仍 然(ran) 很 高 (100-200MPa) 。鎳(nie)(nie)基(ji)合金有4項物理性(xing)能(neng)參數均(jun) 達(da)到難加(jia)工材(cai)料的要求(qiu),其(qi)可(ke)加(jia)工性(xing)僅為45鋼(普通碳素結構鋼)的5%-15%。


  熱擠壓(ya)等(deng)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)是生(sheng)產(chan)(chan)鎳(nie)(nie)基(ji)合金(jin)油(you)(you)井(jing)管(guan)(guan)的必備工(gong)(gong)藝(yi)(yi)。根據(ju)肖國(guo)章《高(gao)酸性氣田用(yong)(yong)鎳(nie)(nie)基(ji) 耐(nai)蝕(shi)合金(jin)油(you)(you)套管(guan)(guan)的生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)》,鎳(nie)(nie)基(ji)合金(jin)油(you)(you)井(jing)管(guan)(guan)生(sheng)產(chan)(chan)難度(du)明(ming)顯(xian)大于(yu)(yu)常規(gui)耐(nai)蝕(shi)油(you)(you)井(jing)管(guan)(guan), 在化(hua)學成(cheng)分、生(sheng)產(chan)(chan)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)、外觀質量、力學性能及無(wu)損探傷等(deng)方(fang)面較為復雜和苛刻(ke)。鎳(nie)(nie) 基(ji)耐(nai)蝕(shi)合金(jin)油(you)(you)套管(guan)(guan)的生(sheng)產(chan)(chan)及加工(gong)(gong)關鍵工(gong)(gong)藝(yi)(yi):合金(jin)冶煉—(鍛造(zao)(zao)(zao))—熱擠壓(ya)—中間熱 處理(固溶處理)—冷軋(ya)—螺紋(wen)加工(gong)(gong)等(deng)。制(zhi)造(zao)(zao)(zao)工(gong)(gong)序較復雜,生(sheng)產(chan)(chan)難度(du)較大且質量要(yao) 求(qiu)嚴格。由于(yu)(yu)鎳(nie)(nie)基(ji)耐(nai)蝕(shi)合金(jin)高(gao)溫塑性極差,熱成(cheng)型(xing)溫度(du)范圍(wei)窄(zhai),變(bian)形抗力較大,所以(yi) 無(wu)法(fa)采用(yong)(yong)傳統的穿(chuan)孔(kong)(kong)軋(ya)制(zhi)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)制(zhi)造(zao)(zao)(zao),必須通過高(gao)溫下的高(gao)速率大應變(bian)的擠壓(ya)工(gong)(gong)藝(yi)(yi)完(wan) 成(cheng),將金(jin)屬加熱到(dao)在再結(jie)晶(jing)溫度(du)以(yi)上進行(xing)擠壓(ya),使管(guan)(guan)坯從模(mo)孔(kong)(kong)中擠出(chu),從而得到(dao)與 模(mo)孔(kong)(kong)斷面形狀相符的管(guan)(guan)材(cai)。



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