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(bu)銹(xiu)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)基(ji)(ji)合(he)金在腐蝕(shi)環境中的(de)腐蝕(shi)速率(lv)顯著(zhu)低(di)于(yu)其他(ta)合(he)金,根據V. A. Maslyuk 2015年發表的(de)《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以10%的(de)酸(suan)性腐蝕(shi)液為(wei)例,傳統不銹鋼、司太立(鈷基(ji)(ji)合(he)金)、 VK8硬(ying)質合(he)金腐蝕(shi)速率(lv)均(jun)邊際上(shang)(shang)升,腐蝕(shi)程度隨時間指數型增長;鎳(nie)基(ji)(ji)合(he)金的(de)腐蝕(shi)速 率(lv)顯著(zhu)低(di)于(yu)其他(ta)合(he)金,且穩定保持低(di)位(wei)。上(shang)(shang)述優(you)(you)異性能為(wei)鎳(nie)基(ji)(ji)合(he)金在高腐蝕(shi)性油氣 田環境下的(de)有效工(gong)作,形成(cheng)顯著(zhu)優(you)(you)勢
雖然抗腐蝕能力強(qiang)(qiang)(qiang),但(dan)鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金(jin)油(you)(you)井管生產(chan)難(nan)度明(ming)顯大于常(chang)規油(you)(you)井管,根據楊軍(jun)《鎳(nie)(nie) 基(ji)合(he)金(jin)耐蝕井管可加(jia)(jia)(jia)工性(xing)評述》,鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金(jin)含有許多(duo)高(gao)熔點金(jin)屬元素,原子結構(gou)穩 定,抗拉(la)強(qiang)(qiang)(qiang)度約為(wei) 896MPa,切(qie)削力為(wei)普通鋼(gang)材的 2-4 倍,即使溫度達到(dao)1050-1150 ℃,抗 拉(la) 強(qiang)(qiang)(qiang) 度 仍 然 很 高(gao) (100-200MPa) 。鎳(nie)(nie)基(ji)合(he)金(jin)有4項物(wu)理性(xing)能參(can)數均 達到(dao)難(nan)加(jia)(jia)(jia)工材料的要求,其可加(jia)(jia)(jia)工性(xing)僅為(wei)45鋼(gang)(普通碳素結構(gou)鋼(gang))的5%-15%。
熱(re)(re)擠壓(ya)(ya)等工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)是生產鎳(nie)基(ji)合金(jin)油井(jing)(jing)管的必備工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)。根據肖(xiao)國(guo)章《高(gao)酸性氣田用(yong)鎳(nie)基(ji) 耐(nai)蝕合金(jin)油套管的生產工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)》,鎳(nie)基(ji)合金(jin)油井(jing)(jing)管生產難度明顯大于常規耐(nai)蝕油井(jing)(jing)管, 在化學成分、生產工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)、外觀質(zhi)量、力學性能(neng)及無損(sun)探傷(shang)等方面(mian)較為(wei)復雜(za)和苛刻。鎳(nie) 基(ji)耐(nai)蝕合金(jin)油套管的生產及加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)關鍵(jian)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi):合金(jin)冶煉(lian)—(鍛造)—熱(re)(re)擠壓(ya)(ya)—中間熱(re)(re) 處理(固溶處理)—冷(leng)軋—螺紋(wen)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)等。制造工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)序(xu)較復雜(za),生產難度較大且質(zhi)量要 求嚴格。由于鎳(nie)基(ji)耐(nai)蝕合金(jin)高(gao)溫(wen)塑性極差,熱(re)(re)成型溫(wen)度范圍窄,變形抗(kang)力較大,所以 無法采用(yong)傳(chuan)統的穿孔軋制工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)制造,必須通過(guo)高(gao)溫(wen)下的高(gao)速率大應變的擠壓(ya)(ya)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)完 成,將金(jin)屬加(jia)熱(re)(re)到在再結晶溫(wen)度以上進行擠壓(ya)(ya),使管坯從(cong)模孔中擠出,從(cong)而得到與 模孔斷面(mian)形狀相(xiang)符的管材。


 
		