宝钢13Cr油套管一贯制技术进展

目前宝钢已建成13Cr油套管从炼钢到螺纹加工的全流程生产体制。介绍了宝钢13Cr炼钢连铸技术、轧制技术、热处理技术、探伤技术、螺纹加工技术等方面取得的进步,从钢水到螺纹的一贯制技术能力得到了大幅度提升,有力地支撑了我国高温高压油气井、深水油气井及储气库井的顺利开发。

超级13Cr不锈钢在油田模拟液中的应力腐蚀研究

为延长超深井超级13Cr不锈钢油管的生命周期,降低生产过程中复杂钻完井工作液及地层产出流体导致的应力腐蚀,开展了应力腐蚀产生机理分析,并提出了应对策略;基于聚合成膜缓蚀机理研发了缓蚀剂;在模拟工况和标准工况下,评价了超级13Cr不锈钢在酸液及加/未加缓蚀剂的返排液中的应力腐蚀情况。结果表明,加入缓蚀剂的酸液达到缓蚀要求;在返排液中,超级13Cr不锈钢的宏观腐蚀速率较大;在酸液及返排液中,超级13Cr不锈钢发生应力腐蚀,且在返排液中应力腐蚀较严重;在实验温度为140℃、压力为10 MPa的条件下,超级13Cr不锈钢在返排液中7 d后的应力腐蚀裂纹宽度为3~5μm,而加入体积分数为1%的缓蚀剂后测试72 h,超级13Cr不锈钢试片未产生应力腐蚀,说明该缓蚀剂可抑制超级13Cr不锈钢在高温环境中的应力腐蚀开裂。研究结果对超深井钻完井安全施工及安全生产具有借鉴意义。

13Cr15Ni4Mo3N半奥氏体沉淀硬化不锈钢连续冷却过程中的相变动力学

采用淬火相变膨胀仪研究了13Cr15Ni4Mo3N半奥氏体沉淀硬化不锈钢连续冷却过程的相变动力学行为。用改进的K-M方程准确描述了马氏体相变量与温度的关系。结果表明:实验钢的特征温度Ac1和Ac3分别为600和720℃;1040℃奥氏体化后以任意冷速冷却仅发生马氏体相变,冷速为100℃/s时测得的马氏体相变开始温度Ms为99℃,相变结束温度Mf为-75℃。在冷速≥1℃/s时,晶格膨胀法和杠杆法计算得到的马氏体相变量结果相近,而冷速<1℃/s时,晶格膨胀法计算得到的马氏体转变量大于杠杆法计算得到的马氏体转变量。在相变动力学参数α取值0.03258时,K-M方程可简单方便地描述实验钢的马氏体相变动力学过程,但对相变初期的转变量预测精度较低;改进的K-M方程在考虑α随温度变化时,可较准确地预测马氏体转变量。

曼尼希碱缓蚀剂在10%盐酸溶液中对13Cr的缓蚀作用

通过曼尼希反应合成了一种曼尼希碱缓蚀剂,通过傅里叶红外光谱对其结构进行表征。采用失重法,电化学分析等研究了曼尼希碱缓蚀剂在90℃、10%盐酸溶液中对13Cr不锈钢的缓蚀效率,研究结果表明:当温度为90℃时,在10%盐酸溶液中,仅添加1%缓蚀剂,缓蚀效率可达99.52%,电化学分析表明,该缓蚀剂为混合型缓蚀剂。

渗氮时间对G13Cr4Mo4Ni4V钢组织及硬度的影响

对渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗氮热处理,研究渗氮时间对G13Cr4Mo4Ni4V钢复合层、渗碳层和心部的微观组织变化,以及硬度的影响。结果表明:渗氮处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢复合层和渗碳层由碳化物、回火马氏体和少量残余奥氏体组成,心部由板条马氏体及少量碳化物组成。渗氮90 h后G13Cr4Mo4Ni4V钢表面洛氏硬度提高,但波动性增大。渗氮50 h后的G13Cr4Mo4Ni4V钢渗层显微硬度最大,可达960 HV,渗氮层厚度为0.17 mm,有效渗碳层厚度为1.67 mm;而渗氮90 h后的G13钢显微硬度最大可达到906 HV,渗氮层厚度为0.19 mm,有效渗碳层厚度为1.26 mm。有效渗碳层厚度的降低与渗氮过程中碳元素向内扩散导致基体碳浓度降低有关,而显微硬度的降低与网状碳化物的析出降低了基体碳元素含量有关。

HS110-13Cr抗CO_(2)腐蚀套管的开发

根据套管的服役环境和性能要求开发HS110-13Cr抗二氧化碳腐蚀套管。重点进行了钢的化学成分设计和热处理工艺探索,通过热力学软件计算得到该钢种在不同回火温度条件下的强度和冲击韧性曲线。研究发现该钢种在特定的回火温度下存在冲击功急剧下降的情况,通过扫描电镜观察不同回火温度条件下钢的冲击试样断口,发现570℃回火试样冲击断口为脆性沿晶断裂,因此热处理工艺需避开此回火脆性区。开发并生产出的产品性能达到了客户要求,通过了腐蚀评价,并成功应用于国内某油田,满足了二氧化碳服役环境的使用要求。

载荷对L80-13Cr不锈钢在MgCl_(2)溶液中腐蚀行为的影响

L80-13Cr不锈钢在含氯介质中常发生不同程度的腐蚀。我们评估了载荷对L80-13Cr不锈钢腐蚀敏感性的影响规律,并探讨了该现象的成因。我们通过体视显微镜、金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪研究了在Cl-浓度为5000mg/L的MgCl_(2)溶液中载荷对L80-13Cr不锈钢腐蚀行为的影响。结果显示,载荷的增加加速了试样的腐蚀现象:随着载荷增加,在相同条件下试样表面出现更多的腐蚀位点和腐蚀坑,并且腐蚀区域扩大。同时,试样表面出现更多细小的腐蚀产物颗粒和微裂纹,腐蚀产物由Fe_(2)O_(3)转变为FeS_(2)和NiO。去除腐蚀产物后,试样表面腐蚀坑密集且面积增大,从截面观察到受载荷大的样品的表面粗糙度增加。

超级13Cr石油接箍电镀冲击镍的研究与应用——双整流器与内、外不同材质电镀阳极的应用

13Cr材质的电镀与不锈钢材质一样,必须做冲击镍预镀层作为底层,才能进行其他电镀处理。因此,综述13Cr材质的接箍预镀冲击镍时螺纹内部与外圆同时电镀采用的特殊工艺、设备、材料的研究与应用,以期为特殊材质的石油接箍电镀防腐与使用提供有力的技术保障。

高产气井油管用13Cr-L80钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为

用复合磷酸盐完井液对取自13Cr-L80钢油管的紧凑拉伸试样进行预腐蚀处理,再进行疲劳裂纹扩展试验,通过分析疲劳裂纹扩展区形貌,研究了应力比(0.05~0.25)、加载载荷(10~14 kN)和载荷频率(0.6~1.8 Hz)对腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明:随应力比增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量增多,13Cr-L80钢的裂纹扩展速率增大;随加载载荷增大,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量减少,裂纹扩展速率减小;载荷频率越高,疲劳裂纹扩展区二次裂纹数量越少,但裂纹尖端应变速率增大,裂尖变形更充分,导致裂纹扩展加快,试验中止时的循环次数减少。

高Cl^(-)环空保护液中超级13Cr油管点腐蚀行为研究

目的 研究超级13Cr管材在油气井服役环境中的点腐蚀失效机制,分析超级13Cr马氏体不锈钢在高温、高Cl^(-)环空保护液、超临界H_(2)S/CO_(2)环境中的点腐蚀失效行为,明确其适用性,并提出相应的腐蚀控制措施。方法 通过分析失效油管的宏观形貌、显微组织、腐蚀形貌及腐蚀产物,判断超级13Cr油管现场失效的原因,结合高温高压反应釜模拟井下腐蚀环境,从平均腐蚀速率、点腐蚀速率等方面揭示超级13Cr油管的点腐蚀失效机理。结果 该超级13Cr材质管柱在受到H_(2)S/CO_(2)污染的环空保护液环境下会发生点腐蚀穿孔失效;通过观察现场失效油管发现,在受到腐蚀性气体污染的高Cl^(-)环空保护液环境中,油管外壁发生了明显的局部腐蚀,油管腐蚀由外壁向内壁扩展,发生了严重的点腐蚀穿孔,并具有一定的H_(2)S应力腐蚀开裂(SCC)特征;在环空保护液环境下,失效油管表面有Cr、O、Cl、S离子聚集,腐蚀受到CO_(2)-H_(2)S共同影响;模拟腐蚀实验结果显示,超级13Cr油管在腐蚀性气体污染的海水基环空保护液环境下具有点腐蚀敏感性,蚀坑深度为80.346μm,点腐蚀速率达到10.34 mm/a。结论 超级13Cr油管在环空保护液中具有优异的抗均匀腐蚀能力,但在受到H_(2)S/CO_(2)污染的高Cl^(-)环空保护液环境中具有明显点腐蚀倾向,建议环空保护液用淡水配制,并进行除氧处理。

超级13Cr不锈钢在高CO_(2)/H_(2)S分压比环境中的腐蚀行为

采用高温高压反应釜进行浸泡腐蚀试验,分析了超级13Cr不锈钢在低H_(2)S分压、高CO_(2)分压环境中的腐蚀行为;采用单轴拉伸及三点弯曲试验,分析了该钢的应力腐蚀开裂(SCC)敏感性。结果表明:在低H_(2)S分压、高CO_(2)分压环境中,温度对该钢腐蚀速率及腐蚀形貌的影响最显著;随着温度的上升,钢表面钝化膜逐渐转变为腐蚀产物膜,腐蚀速率呈先上升后缓慢下降的趋势;在高温下,CO_(2)分压对该钢腐蚀速率的影响较为明显,呈先上升后下降的趋势;在高CO_(2)/H_(2)S分压比条件下,H_(2)S分压对该钢腐蚀速率的影响不显著,该钢在24℃下的SSCC敏感性高,在60℃和220℃下SCC敏感性低。

动载荷下Mn13Cr2Mo高锰耐磨铸钢形变硬化行为

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)的测试方法对不同冲击载荷下典型高锰铸钢Mn13Cr2Mo的形变硬化行为进行了系统研究。结果表明,随着气缸压强由0.2MPa增加至0.8MPa,Mn13Cr2Mo铸钢形变硬化过程可近似分解为线性硬化、非线性硬化两阶段;当压强为0.2 MPa时,线性硬化维持至约107 MPa时开始向非线性硬化阶段转变。当压强由0.4 MPa增加至0.6 MPa时,线性硬化向非线性硬化阶段转变的临界强度由123 MPa增加至356 MPa;在非线性硬化阶段,当压强高于0.4 MPa时高锰钢的应变硬化率明显提高。综合考虑线性硬化向非线性硬化的转变强度以及高锰钢的加工硬化速率,当气缸压强高于0.6 MPa时,由线性硬化向非线性硬化阶段转变的临界强度达到约356 MPa。材料在非线性硬化阶段的应变硬化率较高,此时试验用Mn13Cr2Mo高锰耐磨铸钢形变硬化能力被充分激发。

油井管用N80钢和13Cr钢在多元热流体环境中的腐蚀行为

采用高温高压反应釜进行模拟腐蚀试验,探究了油井管材料N80钢和13Cr钢在不同温度和O_(2)分压下多元热流体环境中的腐蚀行为;通过失重法评价了材料的腐蚀速率,并结合激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等测试方法,分析了两种材料腐蚀速率及腐蚀产物的变化规律。结果表明:当温度超过180℃时,两种材料的腐蚀速率均随温度的升高而增大,腐蚀产物中有Fe_(3)O_(4)生成;而随着O_(2)分压的升高,腐蚀产物逐渐由FeCO_(3)转变为Fe_(3)O_(4),两种材料的腐蚀速率均增大;当O_(2)分压达到0.2 MPa以上时,腐蚀产物全部转变为Fe_(3)O_(4),均匀腐蚀和局部腐蚀加重。

超级13Cr马氏体不锈钢管韧性低的原因分析和措施

某批次超级13Cr无缝钢管热处理后韧性较低,结合生产工艺,对其显微组织、非金属夹杂物、拉伸性能、冲击功、硬度和化学成分进行检测。分析结果显示:钢管淬火后硬度低,调质后组织不均匀,存在较多与钢管轴线平行的粗大铁素体相,相间分布,割裂了基体组织的连续性,导致了横向冲击功较低;对此批管子和剩余原料提出应对措施,通过增大钢管变形量,改变淬火和回火处理工艺优化了金相组织,提高了产品性能。

超级13Cr 95钢级无缝钢管热处理工艺研究

研究了超级13Cr挤压管的热处理工艺,通过不同温度的淬火及回火处理,探寻获得性能稳定的95钢级无缝钢管的热处理工艺,实现车间批量生产。试验结果表明,淬火温度对超级13Cr钢的力学性能影响较小,而回火温度对其屈服强度的影响较大。回火温度由低向高增加的过程中,存在两个力学性能能够达到95钢级的温度区间:低温段回火时,屈服强度随温度变化的波动幅度较大,不利于性能的稳定控制;高温段回火时,屈服强度随温度变化的波动较小,可以获得较为稳定的力学性能。利用显微镜、扫描电镜观察和分析热处理后的显微组织,从理论上说明形成稳定拉伸性能的原因。

95钢级超级13Cr马氏体不锈钢套管的开发

介绍了Φ139.7 mm×9.17 mm规格95钢级超级13Cr马氏体不锈钢套管的开发情况。通过控制C、Cr、Ni、Mo等元素的含量抑制δ铁素体的产生,添加Ti防止晶间腐蚀,降低N元素含量避免TiN夹杂物产生的化学成分优化设计,研究了CPE顶管机组纵轧成型及1 000℃淬火+610℃回火热处理工艺,检测了95钢级超级13Cr马氏体不锈钢套管的力学性能、显微组织、表面质量和尺寸。分析认为,各项性能均完全满足ISO 13680:2020标准要求。

WC9-7油田13Cr管材抗CO_(2)腐蚀性能动态模拟实验与评价

WC9-7油田地处中国南海,由于其极为特殊的地质地理环境导致部分注气井在注入CO_(2)过程中对所用13Cr管材持续产生腐蚀作用,存在重大安全隐患与环境风险。因此,提早做好管材抗CO_(2)腐蚀性能评价很有必要。为此,本文根据WC9-7油田注气生产实际,开展了13Cr材质挂片高温高压动态模拟腐蚀实验,从而有效测定出注气对13Cr管材的均匀腐蚀速率,并据此速率实现了13Cr管材的抗CO_(2)腐蚀性能评价。

热处理工艺对L80-13Cr腐蚀行为的影响

随着石油开采技术的提升,更多复杂环境的油气井得到开发,对13Cr系列钢材的耐腐蚀性提出更高要求。采用金相观察和扫描电镜(SEM)研究不同热处理工艺对L80-13Cr不锈钢力学性能和耐腐蚀性能的影响。试验结果表明,综合力学性能及电化学测试结果,L80-13Cr钢的最佳热处理工艺为淬火960℃、回火700℃。在高温高压电化学测试和FeCl3点蚀试验中,与原材料相比,经过最佳热处理的L80-13Cr钢钝化膜更为稳定,耐点蚀性能明显提升。

高温高压下Cl^-浓度、CO_2分压对13Cr不锈钢点蚀的影响

为了研究CO2 分压、Cl-浓度对 13Cr油井管钢点蚀行为的影响 ,用电化学方法模拟塔里木油田环境进行了腐蚀试验。结果表明 ,在模拟条件下 ,13Cr钢的再钝化能力较差 ;Cl-是造成 13Cr钢发生孔蚀的主要原因 ,在较高Cl-浓度下 ,点蚀诱发敏感性增强 ,EIS图谱的低频端出现典型的点蚀诱导期和发展期特征 ;随着CO2 分压的增大 ,促使孔蚀的发生和发展 ,蚀孔内的阳极反应电流密度加强 ,溶液黏度加大 。

某高压气井13Cr油管柱泄漏和腐蚀原因分析

某高压气井完井后,13Cr不锈钢特殊螺纹接头油管柱泄漏,套管压力升高,不得不进行修井作业。对该井取出的油管现场端和工厂端螺纹接头逐根检测,发现多根油管腐蚀和泄漏。抽样分析表明,油管力学性能符合工厂规定;该种13Cr油管材料在该井工况条件下不抗腐蚀,油管接头结构导致腐蚀集中,在油井酸化后接头已发生腐蚀,导致接触压力不足,油管接头部位比管体内壁腐蚀更为严重。