RU2629126C1 - Труба бесшовная нефтяного сортамента высокопрочная в сероводородостойком исполнении - Google Patents
Труба бесшовная нефтяного сортамента высокопрочная в сероводородостойком исполнении Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629126C1 RU2629126C1 RU2016118135A RU2016118135A RU2629126C1 RU 2629126 C1 RU2629126 C1 RU 2629126C1 RU 2016118135 A RU2016118135 A RU 2016118135A RU 2016118135 A RU2016118135 A RU 2016118135A RU 2629126 C1 RU2629126 C1 RU 2629126C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel
- hydrogen sulfide
- molybdenum
- pipe
- carbon
- Prior art date
Links
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 38
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 16
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 9
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000011109 contamination Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 11
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 8
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 3
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 claims description 3
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 17
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 17
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 5
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 239000005864 Sulphur Substances 0.000 abstract 1
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 abstract 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 5
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000227272 Agarista populifolia Species 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VGIPUQAQWWHEMC-UHFFFAOYSA-N [V].[Mo].[Cr] Chemical compound [V].[Mo].[Cr] VGIPUQAQWWHEMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021386 carbon form Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum Chemical compound [Cr].[Mo] VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- -1 ferrous metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 239000004848 polyfunctional curative Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 239000013587 production medium Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
- C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L9/00—Rigid pipes
- F16L9/02—Rigid pipes of metal
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу сероводородостойкой стали, используемой для изготовления бесшовных насосно-компрессорных и обсадных труб, предназначенных для эксплуатации в вертикальных, горизонтальных и наклонно-направленных скважинах, находящихся в умеренных макроклиматических районах, среды которых содержат сероводород при парциальном давлении более 1,5 МПа (15,0 кгс/см2). Трубы изготавливают из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%: углерод 0,24-0,30, кремний 0,15-0,45, марганец 0,50-0,95, хром 0,80-1,30, молибден 0,50-1,00, никель не более 0,30, медь не более 0,30, алюминий 0,02-0,05, сера не более 0,007, фосфор не более 0,015, азот не более 0,010, ванадий 0,03-0,08, остальное - железо и неизбежные примеси, в том числе мышьяк не более 0,010, свинец не более 0,020, олово не более 0,020, висмут не более 0,001, сурьма не более 0,005 и цинк не более 0,005. Загрязненность стали неметаллическими включениями не превышает по среднему баллу 1,5 по оксидам и силикатам каждого вида и 1,0 по сульфидам. Повышается стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением при одновременном достижении высокого уровня прочностных свойств трубы. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области нефтедобычи, в частности к изготовлению бесшовных насосно-компрессорных и обсадных труб, предназначенных для эксплуатации в вертикальных, горизонтальных и наклонно-направленных скважинах, находящихся в умеренных макроклиматических районах, среды которых содержат сероводород при парциальном давлении более 1,5 МПа (15,0 кгс/см2).
Разработка глубоких скважин для добычи нефти и газа в условиях высоких температур и наличия агрессивных сред требует применения труб повышенной прочности в сочетании с коррозионной стойкостью против сульфидного коррозионного растрескивания под напряжением (СКРН). Наиболее сложной задачей является обеспечение стойкости труб с пределом текучести более 655 МПа против комплексного воздействия механических напряжений и сероводорода.
Основным способом повышения эксплуатационной надежности является применение труб из специальных сталей, состав легирующих элементов которых обеспечивает стойкость против СКРН.
Известна труба из хромомолибденовой стали, содержащей, масс. %: углерод 0,1-0,35, хром 1,0-6,0, молибден 0,4-1,0 и подвергнутая термической обработке - нормализации и двойному отпуску. Труба предназначена для эксплуатации в агрессивных средах, содержащих сероводород и углекислый газ [пат. РФ №2368836, опубл. 27.09.2009].
Недостатком данной трубы является низкий уровень прочностных свойств после термической обработки (временное сопротивление σв не менее 690 МПа, предел текучести σт не менее 570 МПа). Кроме того, введение хрома в количестве 1,0-6,0 масс. % необходимо для подавления общей коррозии стали в средах, содержащих углекислый газ, а для обеспечения стойкости стали против СКРН нецелесообразно введение хрома более 1,0 масс. %.
Известна сталь, содержащая, масс. %: углерод 0,01-0,6; кремний 0,01-2,0; марганец 0,01-3,0; алюминий 0,005-0,1; серу ≤0,005; фосфор ≤0,1; хром ≤2,0; молибден ≤1,0; никель ≤1,0; медь ≤1,0; азот ≤0,01; бор ≤0,005; титан ≤0,2; железо и неизбежные примеси остальное [пат. JP 2004-292922 A, опубл. 21.10.2004].
Недостатком данной стали является то, что она не может быть использована для изготовления труб в сероводородостойком исполнении, в виду того, что кремний и марганец в количествах более 1,0% значительно снижают коррозионную стойкость стали.
Известна высокопрочная труба из стали, содержащей, масс. %: углерод от 0,15 до 0,50, кремний от 0,1 до 1,0, марганец от 0,3 до 1,0, фосфор 0,015 или менее, серу 0,005 или менее, алюминий от 0,01 до 0,1, азот 0,01 или менее, хром от 0,1 до 1,7, молибден от 0,4 до 1,1, ванадий от 0,01 до 0,12, ниобий от 0,01 до 0,08, бор от 0,0005 до 0,003 или дополнительно содержащая по меньшей мере одну или две следующие группы элементов (A)-(D), масс. %: (A) медь 0,03-1,0; (B) никель 1,0 или менее; (C) титан 0,03 или менее и/или вольфрам 2,0 или менее; (D) кальций от 0,001 до 0,005 [пат. 2493268, опубл. 20.09.2013].
Данная труба обладает необходимой стойкостью против СКРН, однако, применение легирования стали молибденом, хромом, вольфрамом, никелем в указанных количествах ведет к значительному увеличению стоимости стали и, соответственно, трубы из нее.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является труба (варианты), выполненная из стали, имеющей следующее соотношение компонентов, масс. % [пат. 2564191, опубл. 27.09.2015]:
1 вариант:
| углерод | 0,21-0,28 |
| кремний | 0,15-0,45 |
| марганец | 0,50-0,95 |
| хром | 0,80-1,30 |
| молибден | 0,25-0,45 |
| никель | не более 0,50 |
| медь | не более 0,30 |
| алюминий | 0,015-0,050 |
| сера | не более 0,010 |
| фосфор | не более 0,015 |
| азот | не более 0,012 |
| ванадий | 0,03-0,08 |
| железо и неизбежные примеси | остальное, |
при этом она имеет предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа.
2 вариант:
| углерод | 0,21-0,28 |
| кремний | 0,15-0,45 |
| марганец | 0,50-0,95 |
| хром | 0,80-1,30 |
| молибден | 0,25-0,45 |
| никель | не более 0,50 |
| медь | не более 0,30 |
| алюминий | 0,015-0,050 |
| сера | не более 0,010 |
| фосфор | не более 0,015 |
| азот | не более 0,012 |
| бор | 0,001-0,004 |
| титан | не более 0,045 |
| железо и неизбежные примеси | остальное, |
при этом она имеет предел прочности не менее 655 МПа и предел текучести от 552 до 826 МПа.
Недостатком данной трубы является то, что с повышением прочностных свойств ее стойкость против СКРН снижается и при достижении предела текучести 826 МПа и более она не может быть использована в средах, содержащих сероводород. Кроме того, в высокопрочном состоянии легирующие добавки бора (2 вариант) оказывают отрицательное влияние на стойкость трубы против СКРН, так как микроструктура трубы характеризуется наличием карбоборидов Fe3(B, C) грубой формы на границах зерен, которые являются потенциальными очагами зарождения и развития коррозионной трещины под воздействием сероводорода.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение работоспособности трубы в высокопрочном состоянии под воздействием сероводорода при парциальном давлении более 1,5 МПа (15,0 кгс/см2).
Поставленная задача решается за счет того, что труба выполнена из сероводородостойкой стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, ванадий, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси в следующем соотношении, масс. %:
| углерод | 0,24-0,30 |
| кремний | 0,15-0,45 |
| марганец | 0,50-0,95 |
| хром | 0,80-1,30 |
| молибден | 0,50-1,00 |
| никель | не более 0,30 |
| медь | не более 0,30 |
| алюминий | 0,02-0,05 |
| сера | не более 0,007 |
| фосфор | не более 0,015 |
| азот | не более 0,010 |
| ванадий | 0,03-0,08 |
железо и неизбежные примеси (мышьяк не более 0,010; свинец не более 0,020; олово не более 0,020; висмут не более 0,001; сурьма не более 0,005; цинк не более 0,005, в том числе титан и ниобий) остальное,
при этом она имеет предел текучести 965 МПа и менее, а также загрязненность стали неметаллическими включениями не превышает по среднему баллу 1,5 по оксидам и силикатам каждого вида и 1,0 по сульфидам.
Техническим результатом является повышение коррозионной стойкости (пороговое напряжение 85% и более при испытании трубы на СКРН по стандарту NACE ТМ 0177) при одновременном достижении высокого уровня прочностных свойств трубы (предел текучести 965 МПа и менее).
Заявленный технический результат обеспечивается выбранным соотношением содержания отдельных химических элементов в стали, из которой выполнена труба.
Известно, что углерод образует с железом твердые растворы внедрения и является эффективным упрочнителем стали. Углерод в количестве 0,24-0,30 масс. % обеспечивает достаточно высокую устойчивость переохлажденного аустенита стали и позволяет достичь требуемый уровень прочностных свойств. Менее 0,24 масс. % упрочняющее действие углерода снижается, а содержание углерода более 0,30 масс. % приводит к снижению вязко-пластичных свойств стали по причине образования крупных частиц цементита на границах зерен.
Марганец также оказывает упрочняющее действие, а его влияние на коррозионную стойкость стали зависит от содержания углерода и других легирующих элементов. Известно, что марганец вызывает искажение кристаллической решетки феррита, что, с одной стороны увеличивает прочностные свойства стали, а с другой стороны, препятствует релаксации упругих микронапряжений, повышая склонность к хрупкому разрушению. При этом пороговое значение коэффициента интенсивности напряжений для роста трещины в среде сероводорода значительно снижается. Экспериментально установлено, что марганец в количестве 0,50-0,95 масс. % в разработанном составе стали обеспечивает одновременное повышение прочностных свойств и выполнение требований по коррозионной стойкости.
Хром в количестве 0,80-1,30 масс. % оказывает положительное воздействие на устойчивость переохлажденного аустенита стали и повышение ее прочности. Данный эффект обуславливается введением комбинации элементов хром-молибден-ванадий за счет их взаимной растворимости в стали. Молибден и ванадий, как более сильные карбидообразующие элементы, при нагреве вытесняют хром из карбидной фазы в твердый раствор, тем самым повышая степень его легирования и устойчивость при последующем охлаждении.
Ванадий обладает большим сродством к углероду и азоту, в результате введения 0,03-0,08 масс. % образуются мелкодисперсные карбонитриды, которые обладают зародышевым действием и предотвращают укрупнение зерна аустенита при нагреве стали. Измельчение зерна является эффективным способом повышения прочности и сопротивления хрупкому разрушению. При содержании ванадия менее 0,03 масс. % данный эффект измельчения зерна не реализуется, а повышение содержания ванадия более 0,08 масс. % может привести к росту твердости стали при высокотемпературном отпуске (вторичное твердение), что снижает коррозионную стойкость трубы.
Молибден в количестве 0,50-1,00 масс. % обеспечивает коррозионную стойкость стали в среде сероводорода в высокопрочном состоянии. Легирование молибденом тормозит процессы рекристаллизации феррита и коагуляции карбидной фазы, следствием чего является замедление падения твердости при отпуске, что позволяет достичь высокого уровня механических свойств после проведения высокотемпературного отпуска. Стойкость металла против СКРН определяется как системой легирования стали, так и проведением термической обработки, включающей закалку и высокотемпературный длительный отпуск, после которого плотность дислокаций и остаточные напряжения в объеме металла минимальны. Для выполнения высокотемпературного отпуска труб содержание молибдена в стали должно быть не менее 0,50 масс. %, а увеличение содержания молибдена более 1,00 масс. % может привести к значительной химической неоднородности твердого раствора по карбидообразующим элементам, что приводит к снижению коррозионной стойкости стали.
Развитие процессов коррозионного разрушения стали напрямую зависит от состояния границ зерен. Среди примесей, наиболее активно перераспределяющихся из тела зерна к границам и образующих зернограничные сегрегации, которые снижают когезию границ зерен, особое место занимает группа цветных металлов: мышьяк, свинец, олово, сурьма и другие. Ограничение содержания примесных элементов, масс. %: мышьяк не более 0,010; свинец не более 0,020; олово не более 0,020; висмут не более 0,001; сурьма не более 0,005; цинк не более 0,005, позволяет снизить образование зернограничных сегрегации и риск развития трещины под воздействием сероводорода и механических напряжений.
Ограничение по содержанию неметаллических включений, а именно по среднему баллу, не более 1,5 по оксидам и силикатам для каждого вида и 1,0 по сульфидам, определяемых по ГОСТ 1778, является дополнительной мерой в обеспечении коррозионной стойкости трубы. Частицы неметаллических включений служат очагами развития локальных коррозионных повреждений и разрушений под воздействием сероводорода.
Пример осуществления изобретения.
В Публичном акционерном обществе «Синарский трубный завод» (ПАО «СинТЗ») изготовлены насосно-компрессорные, обсадные трубы и трубы-заготовки для муфт к ним (далее - трубы) из стали в соответствии с заявляемым изобретением. Проведена оценка механических свойств, микроструктуры и коррозионной стойкости металла труб. Размеры труб и химический состав трубной заготовки приведены в таблице 1.
Термическая обработка труб выполнена по схеме закалки с отпуском на оборудовании, в состав которого входят печи с шагающими балками для нагрева с регулированием теплового режима в рабочем пространстве с высокой точностью ведения процесса (±5°C) и спрейерная установка с автоматическим управлением охлаждением труб. Режимы нагрева под закалку (890-910°C) и охлаждения в спрейере выбраны таким образом, чтобы обеспечить полную аустенизацию при нагреве и прокаливаемость при охлаждении, соответствующую содержанию не менее 95% мартенсита в структуре металла. Последующее проведение длительного высокотемпературного отпуска (690-710°C) в качестве завершающей операции термической обработки с выдержкой до двух часов привело к образованию оптимальной мелкодисперсной однородной микроструктуры металла и достижению уровня механических свойств, который соответствует группам прочности С90, Т95, С110, Р110 (с пределом текучести 965 МПа и менее) согласно требованиям ГОСТ Р 53366, API Spec 5CT/ISO 11961. Механические свойства труб после термической обработки представлены в таблице 2.
Следует отметить, что при достижении высоких прочностных характеристик (временное сопротивление, предел текучести) вязко-пластичные свойства трубы (относительное удлинение, ударная вязкость/работа удара) сохраняются на высоком уровне за счет того, что предложенное соотношение химических элементов сдерживает процессы разупрочнения при отпуске и позволяет реализовать длительный высокотемпературный отпуск.
Положительные результаты испытаний на стойкость против СКРН по стандарту NACE ТМ 0177 по методу А при нагрузке 85% и более от минимального нормируемого предела текучести для групп прочности С90, Т95, С110, Р110 подтверждают правильность соотношения химических элементов в составе стали и режимов термической обработки труб (таблица 3).
Таким образом, совокупность механических свойств и коррозионной стойкости труб, изготовленных в соответствии с заявляемым изобретением, делает эффективным использование их в качестве насосно-компрессорных и обсадных труб в условиях скважин, осложненных наличием сероводорода в составе добываемой среды.
Claims (16)
1. Труба нефтяного сортамента, выполненная из сероводородостойкой стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, никель, медь, ванадий, алюминий, серу, фосфор, азот, железо и неизбежные примеси, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, содержащей компоненты в следующем соотношении, мас.%:
углерод 0,24-0,30
кремний 0,15-0,45
марганец 0,50-0,95
хром 0,80-1,30
молибден 0,50-1,00
никель не более 0,30
медь не более 0,30
алюминий 0,02-0,05
сера не более 0,007
фосфор не более 0,015
азот не более 0,010
ванадий 0,03-0,08
железо и неизбежные примеси остальное,
при этом она имеет предел текучести 965 МПа и менее, а в качестве неизбежных примесей сталь содержит мышьяк не более 0,010, свинец не более 0,020, олово не более 0,020, висмут не более 0,001, сурьму не более 0,005, цинк не более 0,005.
2. Труба нефтяного сортамента по п. 1, отличающаяся тем, что загрязненность стали по неметаллическим включениям не превышает средний балл 1,5 по оксидам и силикатам каждого вида и 1,0 по сульфидам.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016118135A RU2629126C1 (ru) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Труба бесшовная нефтяного сортамента высокопрочная в сероводородостойком исполнении |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016118135A RU2629126C1 (ru) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Труба бесшовная нефтяного сортамента высокопрочная в сероводородостойком исполнении |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2629126C1 true RU2629126C1 (ru) | 2017-08-24 |
Family
ID=59744941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016118135A RU2629126C1 (ru) | 2016-05-10 | 2016-05-10 | Труба бесшовная нефтяного сортамента высокопрочная в сероводородостойком исполнении |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629126C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785314C2 (ru) * | 2018-02-23 | 2022-12-06 | Валлурек Дойчланд Гмбх | Стали с высокой прочностью при растяжении и высокой ударной вязкостью |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2346060C2 (ru) * | 2007-02-05 | 2009-02-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Способ производства штрипсов |
| EA012501B1 (ru) * | 2007-03-30 | 2009-10-30 | Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. | Низколегированная сталь для нефтегазопромысловых труб и бесшовная стальная труба |
| US7662246B2 (en) * | 2003-11-07 | 2010-02-16 | Boehler Hochdrucktechnik Gmbh | Steel for components of chemical installations |
| EP2495342A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-05 | Siderca S.A.I.C. | Ultra high strength steel having good toughness |
| EP2495341A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-05 | Siderca S.A.I.C. | High strength steel having good toughness |
| RU2552794C2 (ru) * | 2013-07-09 | 2015-06-10 | Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") | Труба нефтяного сортамента хладостойкая |
| RU2564191C2 (ru) * | 2013-12-27 | 2015-09-27 | Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") | Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа |
-
2016
- 2016-05-10 RU RU2016118135A patent/RU2629126C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7662246B2 (en) * | 2003-11-07 | 2010-02-16 | Boehler Hochdrucktechnik Gmbh | Steel for components of chemical installations |
| RU2346060C2 (ru) * | 2007-02-05 | 2009-02-10 | Открытое акционерное общество "Северсталь" (ОАО "Северсталь") | Способ производства штрипсов |
| EA012501B1 (ru) * | 2007-03-30 | 2009-10-30 | Сумитомо Метал Индастриз, Лтд. | Низколегированная сталь для нефтегазопромысловых труб и бесшовная стальная труба |
| EP2495342A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-05 | Siderca S.A.I.C. | Ultra high strength steel having good toughness |
| EP2495341A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-05 | Siderca S.A.I.C. | High strength steel having good toughness |
| RU2552794C2 (ru) * | 2013-07-09 | 2015-06-10 | Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") | Труба нефтяного сортамента хладостойкая |
| RU2564191C2 (ru) * | 2013-12-27 | 2015-09-27 | Открытое акционерное общество "Синарский трубный завод" (ОАО "СинТЗ") | Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785314C2 (ru) * | 2018-02-23 | 2022-12-06 | Валлурек Дойчланд Гмбх | Стали с высокой прочностью при растяжении и высокой ударной вязкостью |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20250109465A1 (en) | Ultra-fine grained steels having corrosion-fatigue resistance | |
| KR102309644B1 (ko) | 고 Mn 강판 및 그 제조 방법 | |
| US12221663B2 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same | |
| CN105934530B (zh) | 用于舌形阀的不锈钢 | |
| US11624098B2 (en) | Precipitation hardening steel and its manufacture | |
| US11773461B2 (en) | Martensitic stainless steel seamless pipe for oil country tubular goods, and method for manufacturing same | |
| CN108350538B (zh) | 高硬度且韧性优异的钢 | |
| EP3690073A1 (en) | Oil well pipe martensitic stainless seamless steel pipe and production method for same | |
| WO2016079920A1 (ja) | 油井用高強度ステンレス継目無鋼管 | |
| US20150191809A1 (en) | Martensitic Stainless Steel with High Strength, High Toughness and High Corrosion Resistance | |
| CN107208215A (zh) | 高强度电焊钢管、高强度电焊钢管用钢板的制造方法和高强度电焊钢管的制造方法 | |
| CN106756509B (zh) | 一种耐高温合金结构钢及其热处理工艺 | |
| US10619230B2 (en) | Near-eutectoid bearing steel | |
| EP2803741B1 (en) | Method of post weld heat treatment of a low alloy steel pipe | |
| JP2002212684A (ja) | 高温強度の高いマルテンサイト系ステンレス鋼 | |
| RU2629126C1 (ru) | Труба бесшовная нефтяного сортамента высокопрочная в сероводородостойком исполнении | |
| RU2594769C1 (ru) | Коррозионно-стойкая сталь для бесшовных горячекатаных насосно-компрессорных и обсадных труб повышенной эксплуатационной надежности и трубы, выполненные из нее | |
| JP7223997B2 (ja) | 高硬度かつ靱性に優れる鋼 | |
| KR101121749B1 (ko) | 고강도 마르텐사이트계 쾌삭 스테인레스강 제조 방법 | |
| JP4952708B2 (ja) | マルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法 | |
| RU2564191C2 (ru) | Труба из стали, стойкой к коррозии в среде углеводорода и углекислого газа | |
| RU2680457C1 (ru) | Труба нефтяного сортамента высокопрочная в хладостойком исполнении (варианты) | |
| CN112063922A (zh) | 钢管、其制备方法及应用 | |
| JPS61272316A (ja) | 耐応力腐蝕割れ性のすぐれた超高張力鋼の製造法 | |
| EP2803743B1 (en) | Low alloy steel |