高酸性腐蚀油气田用镍基合金油套管开发现状.pdf

第 3 5卷第 4期 2 0 1 3年 7月 上海金属 S HANGHAI ME T AL S Vo 1 ． 3 5，No ． 4 J u l y，2 01 3 5 9 高酸性腐蚀油气 田用镍基合金油套管开发现状 邢娜何立波高真凤黄宝 鞍钢股份有 限公 司技术 中心 ， 辽宁鞍山 1 1 4 0 0 9 【 摘要】 高酸性油气田逐渐被发现和开采， 开采环境中H S 、 c 0 、 s 、 c l 一 含量很高， 常用的 1 3 C r 、 2 2 C r 、 3 1 6等不锈钢 管材 已无法满足开采需求 ， 因此镍基耐蚀合金逐渐应 用于油套 管中。 介绍了国内外各大钢管厂镍基合金油套管开发现状 ， 分析结果表明我国镍基合金油套管的开发 与国外产品有明显差距 。 【 关键词】 高酸性腐蚀油气田镍基合金油套管 DEⅦ I oPM匮NT S TATUS OlF Ni ． BAS ED ALLoY TUB E AND CAS I NG FoR HI GH ACI DI C CoRRoS I VE CAS FI ELDS Xi n g Na He Li bo Ga o Zh e n f e n g Hu a n g Ba o A n s t e e l T e c h n o l o g y C e n t e r ， A n s h a n L i a o n i n g 1 1 4 0 0 9 ， C h i n a 【 A b s t r a c t 】 T h e h i g h a c i d i c c o r r o s i v e o i l a n d g a s fi e ld w a s g r a d u a l l y d i s c o v e r e d a n d e x p l o it e d ， wh e r e t he c o n t e n t s o f H2 S、 CO2、 S、 C1 一we r e v e r y h i g h ． No r ma l s t a i n l e s s s t e e l g r a d e s o f 1 3 Cr，2 2Cr ， 3 1 6 u s e d f o r t u b e a n d c a s i n g wa s u na b l e t o me e t t h e e x p l o i t i n g d e ma nd， S O t h e c o rro s i o n r e s i s t a n t a l l o y o f n i c k e l ba s e wa s g r a d u a l l y a p p l i e d t o t ub e a n d c a s i n g ．Th e d e v e l o p me n t s t a t u s o f n i c k e l b a s e d a l l o y t u b e a n d c a s i n g i n a d v a n c e d s t e e l p i p e g r o up b o t h a t h o me a n d a br o a d wa s i n t r o d u c e d． Th e a n a l y s i s r e s ul t s s h o we d t h a t t h e r e we r e o b v i o us g a p s i n t h e d e v e l o pme n t o f n i c k e l b a s e d a l l o y t u b e a n d c a s i n g wi t h f o r e i g n p r o d uc t s ． 【 K e y Wo r d s 】 H i g h A c i d ic C o r r o s i v e O il a n d G a s F i e l d ， N i B a s e d A ll o y ， T u b e a n d C a s in g 长期 以来 ， 耐蚀 油 井 管选 材 主要 有 1 3 C r 、 2 2 C r 、 3 1 6等不锈钢。这几种不锈钢强度较高 ， 同 时含有较高的 c r 含量， 在合金表面容易形成一层 致密的 C r 0 钝化膜 ， 且随着 C r 含量 的增加 ， 抗 C O 腐蚀的能力逐渐增强。但是随着埋藏很深的 高酸性油气田的逐渐被发现 和开采 ， 开采环境 中 H S 、 C O 、 S 、 C 1 一 的含量均很高 ， 常用的不锈钢管 材已无法满足开采需求。因此各大钢管厂相继开 发了镍基合金油套管⋯。 1 镍基合金油管产品技术特点 镍基合金 油套管 合金 含量 高达 8 0 ％ 以上 ， 制造工序 复杂 、 生 产难度 大 、 质量 要求 严格 ， 因 而被誉 为 钢铁 生 产 中技 术 含 量最 高 的产 品之 一 I 2 。镍基合金油套 管可在 H S 、 c 0 与 c l 一 共 存 的任何环 境下使 用 ， 而且 可耐更 高温 度 的腐 蚀 。镍基合金油套管与 常规 O C T G耐蚀管产 品的区别 可见表 1 。 2 高酸性环境镍基合金油套管开发现状 长期以来 ， 镍基合金油井管的核心制造技术 被住友金 属 、 S MC国际镍合金 集 团和 山特 维克 等少数钢管企业垄 断。我 国市场售价 每吨 曾高 达 7 0多万 元人 民币 J 。国 内镍 基合 金油 套管 的主要 生产 企业 有 宝 钢 、 攀 长 钢 和天 津 钢 管。 宝钢于2 0 1 1 年 9月实现镍基合金油套管钢种和 规格全覆 盖 ， 攀长 钢和 天津钢 管处 于初级研 发 阶段 作者简介 邢 娜， 女， 工程师， 主要从事无缝管信息凋研， E m a i l x in g n a 6 2 6 1 2 6 ． c o n， 电话 1 3 6 1 4 9 2 3 3 9 2 上海金属 第 3 5卷 产品执行标准 I S O 1 3 6 8 0 2 0 0 8 化学成分及纯净度 对 c 、 N i 、 c r 、 M o 及纯净度等均有具体要求 制造工艺 API S p e c 5 C T 无特别要求 兰 竺 竺 ⋯ 一．。 常 规 冶 炼 ，热 轧 管 和 竿 襄 2 热 0 0 挤 M 压 P a 钢级油套管 的强度只能靠 冷加工强化 ； ～ 。 冷 加 工 奥氏体合金室温强度很低 约 ， 高钢级油套管 的强度只能靠 冷加工强化 ⋯ 一 力学性能检验 一l 0℃横 向冲击要求高 ， 小规格管进行压扁试验 表面质量 内表 面都不能有氧化皮或退火残 留物 ， 表面缺欠深度 G 一 38 2 5 0 2 8 。可以看 出镍基耐蚀合金的耐蚀性能随着合金 中的 c r 、 N i 含量增加 而提高。此外 ， 合金 8 2 5和 0 2 8作 为油 管材料在世界范围内的含硫气井中广泛使用了多 年 ， 配合时效强化合 金 9 2 5 U N S N 0 9 9 2 5 和 7 l 8 U N S N 0 7 7 1 8 用于地表层以及油井井 口装置 ， 已 经有 l O年以上的服役经验 。 2 ． 1 ． 3 瑞典山特维克公司 山特维克公司作为世界领先的不锈钢和特种 合金材料的生产和销售公 司， 开发了镍基合金油 套管 S a n i c r o 2 8和 S a n i e r o 2 9 ， 在极其 恶劣工况下 ， 产品具有很高的抗 S S C性和抗 C O 腐蚀性 ， 同时 具有高强度 。表 4为山特维克公司镍基合金油套 管 的 化 学 成 分 和 力 学 性 能。 S a n i e r o 2 8 和 S a n i c r o 2 9以冷加工状态供货 ， 冷加工后并不进行 热处理。 表 3 固溶镍基合金油套管的牌号和化学成分和力学性能 Ta b l e 3 Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n a n d me c h a ni c a l p r o p e r t i e s o f Ni ba s e d a l l o y t u be a nd c a s i n g 表 4 镍基合金油套管的化学成分和力学性能 Ta b l e 4 Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n a n d me c h a ni c a l p r o p e r t i e s o f Ni b a s e d a l l o y t u be a n d c a s i n g S a n i c r o 2 8具有如下特性 1 由于添加 了合 金元素 Mo和 N i ， 在强酸环境下具有 良好 的耐局 部腐蚀性 ； 2 在含有 H s和 c l 一 的环境下 ， 具有 良好的抗 S S C性 ； 3 具有 良好的焊接性 ， 适合手 工金属电弧焊和气体保护 电弧焊 ； 4 具有 良好 高温力学性能 ， 但因金属 间化合物的析出会造成 脆性断裂 ， 因此不能长时间用于 6 0 0℃以上 的环 境 ； 5 由于是单相奥 氏体 组织 ， S a n i c r o 2 8在室 温和低温 下都 具有 良好 的 冲击 韧性 ， 符 合 欧标 E N1 3 4 4 5 2 一2 7 0℃ ， 冲击 功 ≥6 0 J 和 欧 标 E N1 0 2 1 6 5 一1 9 6℃， 冲击功 ≥6 O J 。 S a n i c r o 2 9与 S a n i c r o 2 8相比较 ， 还具有如下优 点 S a n i c r o 2 9的 P R E N值 抗 点蚀 当量数 高于 S a n i c r o 2 8 ， S a n i e r o 2 9的 P R E N值 为 4 2 ， S a n i c r o 2 8 的 P R E N值为 3 8 。P R E N值越 高， 合金耐点蚀 性 越好 ， 继而抗 S S C性越好 。 2 ． 2 国内高酸性环境镍基合金油套管开发现状 2 ． 2 ． 1 宝钢 宝钢是 国内首家具备镍基合金油套管生产能 力 的供应商 ， 于 2 0 0 6年开始镍基 合金油管 的开 发 ， 2 0 0 9年 B G 2 8 3 0 ． 1 1 0 ／ B G T 1 镍基合金油套管在 龙 岗气 田成功下井 ， 首 次实现 国产镍基合金产品 全井试用。2 0 1 1年 9月宝钢实现镍基合金油套 管钢种和规格全覆盖 ， 工业化生产 了一系列镍基 合金油 管 B G 2 2 3 5 、 B G 2 8 3 0 、 B G 2 2 4 2 、 B G 2 2 5 0 ， 油管的化学成分和力学性能见表 5 。 宝钢镍基合金油管的化学成分 、 纯净度控制 、 显微组织 、 析出物控制 、 力学性能和耐蚀性均符合 6 2 上海金属 第 3 5卷 标准要求 ， 达到世界先进水平 ， 并已应用于川东北 地区。其产品特点是 1 碳含量符合标准要求 ， 例如 B G 2 8 3 0的碳含量小于 0 ． 0 3 ％， B G 2 2 5 0的碳 含量小于 0 ． 0 1 5 ％； 2 有害元素和夹杂物控制水 平已达到住友 的控制水平 ， 成为世界上成熟的镍 基合金油管制造 商， 表 6为宝钢 B G 2 2 5 0的有 害 元素和夹杂物控制水平 。 表 5 宝钢镍基合金油管的化学成分和力学性能 Ta b l e 5 Ch e mi c a l c o mp o s i t i o n a n d pr o p e r t i e s o f Ni ba s e d a l l o y t u b e i n Ba o s t e e 1 ． 标 准要求≤0 ． 0 1 5 ≤O ． 0 4 0 ≤0 ． 0 3 0 ≤2 ． 5 ≤2 ． 5 ≤3 ． 0 ≤2 ． 5 ≤2 ． 5 ≤2 ． 5 ≤3 ． 0 ≤3 ． 0 宝钢 B G2 2 5 0 ⋯ 实际水平≤0 ． 0 1 2 ≤O ． 0 1 3 ≤0 ． 0 0 2 ≤0 ． 0 0 2 ≤0 ． 5 ≤1 ． 0 ≤1 ． 5 ≤1 ． 5 ≤1 ． 5 ≤1 ． 5 ≤1 ． 5 ≤O ． 5 住友S M 2 5 5 0 实际水平0 ． 0 0 7 0 ． 0 2 1 0 ． O 0 1 0 ． 0 0 3 1 ． 5 1 ． 5 1 ． 5 1 ． 5 1 ． 5 1 ． 5 1 ． 5 1 ． 5 2 ． 2 ． 2 天津钢管 天津钢管联合抚顺特钢和浙江久立特钢研发 出具有 自主知识产权的 T D J G 3镍基耐蚀合金油 管 ， 并形成稳定的批量生产能力 ， 达到国际先进水 平。在 2 0 1 2年 3月 ， T D J G 3镍 基耐蚀合金油套 管下井使用情况通过以中国工程院李鹤林 院士为 组长的专家组鉴定。该产 品创 新点是 1 屈服 强度达到了8 6 2 M P a 钢级的水平 ， 金相分析 、 无损 检验 、 几何尺寸和外观检查等满足国际耐蚀合金 采购标准要求 ； 2 耐腐蚀性能与美国 S MC国际 镍合金集 团 G 3 处于同等水平 ； 3 通过了整管评 价试验 ， 表明气密封性和螺纹连接性能良好 。 3结语 我国镍基耐蚀合金油套管产品在较长时间内 仍处于追赶阶段。针对高 H 2 S 、 C O 气田对镍基合 金油套管的紧迫需求 ， 各钢管企业应尽快组织镍基 合金油套管的研发队伍 ， 开展实验室合金成分、 腐 蚀评价 、 冶炼、 锻造 、 热挤压 、 冷轧 、 管加工的研究工 作， 力争在较短时间内开发出满足市场需求的0 2 8 、 8 2 5 、 G 3等油套管产品及生产工艺技术。 参考文献 [1]王宝顺 ， 罗坤 杰 ， 张麦仓 ， 等．油井管 用镍基耐 蚀合金 的研 究与发展[ J ] ． 世界钢铁 ， 2 0 0 9 5 4 2～ 4 9 ． [ 2]Z h a n g Z h o n g h u a ， Z h a n g C h u n x i a ， P a n Da n g a n g ， e t a 1 ． R e s e a r e h a n d d e v e l o p me n t o f n i c k l e - b a s e d OCT G u s e d i n s e v e r e s o ur o i l a n d g a s fi e l d s [ C] ／ ／ B a o s t e e l B AC ． S h a n g h a i B a o g a n g ， 2 0 1 0 G_ 7 2～G_ 7 7． [3]王文明 ， 张毅．双相钢 和镍基合金腐 蚀试验 对 比分 析[ J ] ． S t e e l P i p e ， 2 0 1 2 ， 4 1 2 2 5～ 2 9 ． [ 4] 张忠铧， 张春霞 ， 陈长风， 等． 高酸性腐蚀气田用镍基合金油 套管 的开发 [ J ] ． 钢管 ， 2 0 1 1 ， 4 0 4 2 3～ 2 8 ． [5]S u m i t o mo me t a l s ． 住 友 金 属产 品介 绍 [ O L] ．h t t p ／ ／ w w w ． s u mi t o ln o t u b u l a r s ．e o m／ p r o d u e t s e r v i e e s ／ o c t g ／ ma t e r i a l s ／ d a t a s h e e t ． [ 6]H i b n e r E L，T a s s e n C S ． C o n o s i o n R e s i s t a n t OC T G S a n d Ma t c h i n g Ag e - Ha r d e n a l b e Ba r P r o d u c t s f o r a Ra n g e o f S o u r G a s S e r v i c e C o n d i t i o n s [ J ] ． C o r r o s i o n， 2 0 0 1 ， 0 I 1 0 2 ． [ 7]S a n d v i k ．S a n d v i k产品手册 [ O L ] ．h t t p ／ ／ w w w ． s m t ． s a n d v i k ． c o m／ e n ／ p r o d u c t s ／ t u b e -p i p e - fi t t i n g s a n d fla n g e s ／t u b u l a r p r o d u c t s ／p r o d u c t io n tu b i n g o c t g ／． [ 8]宝钢镍基合金系列油套管产品开发情况 [ O L ] ．h t t p ／ ／ W W W． t n c s t e e 1 ． c o m／s h o w． p h p ／ c o n t e n t i d9 6 1 8 0． [ 9]宝钢 抗腐蚀 系列 油井 管 的开发 下 [ O L] ．h t t p ／ ／ w w w ． t n c s t e e 1 ． c o rn／ s h o w． p h p ／ c o n t e n t i d5 5 6 7 0 ． [ 1 O]T D J G 3镍 基合 金 油管 通过 专家 鉴定 [ O L] ．h t t p ／ ／ w w w ． c c i n ． c o m c n ／ C C i n ／ n e ws ／ 2 0 0 9／ 0 7 ／ 1 3 ／ 8 2 8 3 1 ． s h t ml 收修 改稿 日期 2 0 1 3 0 2 0 5