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,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)(ji)合(he)金(jin)在腐(fu)蝕(shi)環境中的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)顯(xian)著低(di)于其他合(he)金(jin),根據V. A. Maslyuk 2015年發表的(de)(de)(de)《Production and Industrial Testing of Valves for Oil Well Pumps from these Materials》,以10%的(de)(de)(de)酸(suan)性(xing)腐(fu)蝕(shi)液為(wei)例,傳統不銹鋼、司太立(鈷基(ji)(ji)合(he)金(jin))、 VK8硬質合(he)金(jin)腐(fu)蝕(shi)速率(lv)均邊(bian)際(ji)上升(sheng),腐(fu)蝕(shi)程度隨時(shi)間指(zhi)數(shu)型增長;鎳基(ji)(ji)合(he)金(jin)的(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速 率(lv)顯(xian)著低(di)于其他合(he)金(jin),且穩定保持低(di)位。上述優異性(xing)能(neng)為(wei)鎳基(ji)(ji)合(he)金(jin)在高腐(fu)蝕(shi)性(xing)油(you)氣 田環境下的(de)(de)(de)有效工作,形成顯(xian)著優勢(shi)


  雖然抗(kang)腐蝕能力強,但鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)油井(jing)(jing)管生(sheng)產難度(du)明顯大(da)于常規(gui)油井(jing)(jing)管,根據楊軍《鎳(nie) 基(ji)合(he)金(jin)耐蝕井(jing)(jing)管可加工(gong)性(xing)評述》,鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)含(han)有許多高熔(rong)點金(jin)屬元素(su),原子結構穩 定(ding),抗(kang)拉強度(du)約(yue)為(wei)(wei) 896MPa,切削力為(wei)(wei)普通鋼(gang)材的(de) 2-4 倍,即使溫(wen)度(du)達(da)到1050-1150 ℃,抗(kang) 拉 強 度(du) 仍 然 很 高 (100-200MPa) 。鎳(nie)基(ji)合(he)金(jin)有4項物(wu)理(li)性(xing)能參數均(jun) 達(da)到難加工(gong)材料的(de)要求,其可加工(gong)性(xing)僅為(wei)(wei)45鋼(gang)(普通碳素(su)結構鋼(gang))的(de)5%-15%。


  熱(re)(re)擠(ji)(ji)壓等(deng)工(gong)(gong)藝(yi)是生(sheng)產(chan)鎳(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)油(you)井(jing)管(guan)(guan)的(de)必(bi)備工(gong)(gong)藝(yi)。根據(ju)肖國章《高(gao)(gao)酸性氣田用鎳(nie)(nie)基(ji)(ji) 耐蝕合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)油(you)套管(guan)(guan)的(de)生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)藝(yi)》,鎳(nie)(nie)基(ji)(ji)合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)油(you)井(jing)管(guan)(guan)生(sheng)產(chan)難(nan)度(du)明顯大(da)于常規耐蝕油(you)井(jing)管(guan)(guan), 在化學(xue)成(cheng)分、生(sheng)產(chan)工(gong)(gong)藝(yi)、外觀質量(liang)、力(li)學(xue)性能(neng)及無損(sun)探傷等(deng)方(fang)面(mian)較為(wei)復雜和苛刻(ke)。鎳(nie)(nie) 基(ji)(ji)耐蝕合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)油(you)套管(guan)(guan)的(de)生(sheng)產(chan)及加(jia)工(gong)(gong)關鍵工(gong)(gong)藝(yi):合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)冶煉—(鍛(duan)造)—熱(re)(re)擠(ji)(ji)壓—中(zhong)間熱(re)(re) 處(chu)(chu)理(li)(固溶(rong)處(chu)(chu)理(li))—冷軋—螺紋加(jia)工(gong)(gong)等(deng)。制造工(gong)(gong)序較復雜,生(sheng)產(chan)難(nan)度(du)較大(da)且質量(liang)要(yao) 求嚴格。由于鎳(nie)(nie)基(ji)(ji)耐蝕合(he)(he)金(jin)(jin)(jin)高(gao)(gao)溫(wen)塑性極(ji)差,熱(re)(re)成(cheng)型溫(wen)度(du)范圍(wei)窄,變形抗力(li)較大(da),所(suo)以 無法采用傳統的(de)穿孔軋制工(gong)(gong)藝(yi)制造,必(bi)須通過高(gao)(gao)溫(wen)下(xia)的(de)高(gao)(gao)速率(lv)大(da)應變的(de)擠(ji)(ji)壓工(gong)(gong)藝(yi)完(wan) 成(cheng),將金(jin)(jin)(jin)屬(shu)加(jia)熱(re)(re)到在再結(jie)晶(jing)溫(wen)度(du)以上進行擠(ji)(ji)壓,使(shi)管(guan)(guan)坯(pi)從(cong)模孔中(zhong)擠(ji)(ji)出,從(cong)而得到與 模孔斷面(mian)形狀相(xiang)符(fu)的(de)管(guan)(guan)材。



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