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(ci)外,鎳(nie)(nie)基(ji)合金(jin)在腐(fu)(fu)蝕(shi)環境中的腐(fu)(fu)蝕(shi)速(su)(su)率顯(xian)著(zhu)(zhu)低(di)于其他(ta)合金(jin),根(gen)據(ju)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(xing)腐(fu)(fu)蝕(shi)液為例,傳統(tong)不銹(xiu)鋼(gang)、司太(tai)立(鈷基(ji)合金(jin))、 VK8硬質合金(jin)腐(fu)(fu)蝕(shi)速(su)(su)率均邊際(ji)上(shang)升,腐(fu)(fu)蝕(shi)程(cheng)度隨時間指數型(xing)增長;鎳(nie)(nie)基(ji)合金(jin)的腐(fu)(fu)蝕(shi)速(su)(su) 率顯(xian)著(zhu)(zhu)低(di)于其他(ta)合金(jin),且(qie)穩定(ding)保持低(di)位(wei)。上(shang)述優異性(xing)能為鎳(nie)(nie)基(ji)合金(jin)在高腐(fu)(fu)蝕(shi)性(xing)油氣 田(tian)環境下的有效(xiao)工作,形成(cheng)顯(xian)著(zhu)(zhu)優勢(shi)


  雖然(ran)抗(kang)腐蝕能力(li)強,但鎳基(ji)(ji)合金油(you)井管(guan)(guan)生產難度明顯大(da)于常規油(you)井管(guan)(guan),根據楊軍《鎳 基(ji)(ji)合金耐蝕井管(guan)(guan)可(ke)加工性(xing)評述》,鎳基(ji)(ji)合金含(han)有許多高熔(rong)點金屬元素,原子結構穩(wen) 定,抗(kang)拉強度約(yue)為 896MPa,切削力(li)為普(pu)(pu)通鋼(gang)材的 2-4 倍,即使(shi)溫度達到1050-1150 ℃,抗(kang) 拉 強 度 仍 然(ran) 很 高 (100-200MPa) 。鎳基(ji)(ji)合金有4項物(wu)理性(xing)能參數均 達到難加工材料的要求(qiu),其可(ke)加工性(xing)僅為45鋼(gang)(普(pu)(pu)通碳素結構鋼(gang))的5%-15%。


  熱(re)(re)擠(ji)壓(ya)等(deng)工(gong)藝(yi)是生(sheng)產鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)油(you)井(jing)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)必備工(gong)藝(yi)。根據肖(xiao)國章(zhang)《高(gao)酸性(xing)氣田用(yong)鎳(nie)基(ji) 耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金(jin)油(you)套管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)生(sheng)產工(gong)藝(yi)》,鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)油(you)井(jing)管(guan)(guan)(guan)生(sheng)產難度明顯大(da)于常(chang)規耐(nai)蝕(shi)(shi)油(you)井(jing)管(guan)(guan)(guan), 在(zai)(zai)化(hua)學(xue)成(cheng)分、生(sheng)產工(gong)藝(yi)、外觀質(zhi)量、力學(xue)性(xing)能(neng)及無損探(tan)傷(shang)等(deng)方面(mian)較(jiao)為復雜和(he)苛刻(ke)。鎳(nie) 基(ji)耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金(jin)油(you)套管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)生(sheng)產及加(jia)(jia)工(gong)關鍵(jian)工(gong)藝(yi):合(he)金(jin)冶煉—(鍛造)—熱(re)(re)擠(ji)壓(ya)—中間(jian)熱(re)(re) 處理(li)(固溶處理(li))—冷軋—螺紋加(jia)(jia)工(gong)等(deng)。制(zhi)(zhi)造工(gong)序較(jiao)復雜,生(sheng)產難度較(jiao)大(da)且質(zhi)量要 求嚴(yan)格(ge)。由于鎳(nie)基(ji)耐(nai)蝕(shi)(shi)合(he)金(jin)高(gao)溫塑(su)性(xing)極差,熱(re)(re)成(cheng)型溫度范圍窄,變(bian)形(xing)抗(kang)力較(jiao)大(da),所以 無法采(cai)用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)(de)穿孔(kong)(kong)軋制(zhi)(zhi)工(gong)藝(yi)制(zhi)(zhi)造,必須通(tong)過高(gao)溫下的(de)(de)高(gao)速率(lv)大(da)應變(bian)的(de)(de)擠(ji)壓(ya)工(gong)藝(yi)完 成(cheng),將(jiang)金(jin)屬加(jia)(jia)熱(re)(re)到在(zai)(zai)再結晶溫度以上進(jin)行擠(ji)壓(ya),使管(guan)(guan)(guan)坯從模(mo)孔(kong)(kong)中擠(ji)出,從而(er)得到與 模(mo)孔(kong)(kong)斷面(mian)形(xing)狀相符(fu)的(de)(de)管(guan)(guan)(guan)材(cai)。



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