在(石)油、(天然)氣生產(chǎn)領(lǐng)域,伴隨腐蝕性低的淺井油氣資源的枯竭,對腐蝕性高的高壓深井的開發(fā)一直在增加。而且,近年作為比石油燃燒時CO2排放量少的清潔能源,對天然氣的需求正在急增,世界主要的石油公司也在將注意力轉(zhuǎn)向天然氣的開發(fā)。石油多藏于地下2000~3000米的地層,而天然氣則貯于更深且腐蝕性更嚴重的環(huán)境中,故其開采條件更惡劣。這類油氣井含有各種各樣的腐蝕性氣體H2S和CO2等,這種酸性化的油氣環(huán)境被稱作酸性環(huán)境,對鋼鐵材料會產(chǎn)生極嚴重的腐蝕。
用于油氣生產(chǎn)的無縫鋼管稱作油井管(簡稱OCTG)。伴隨深井化和腐蝕環(huán)境的苛刻化,油井管須有高強度和高耐蝕性。過去日本的鋼鐵生產(chǎn)廠家開發(fā)了由兼具高強度和高耐蝕性的高Ni基合金和不銹鋼、低合金鋼組成的各種油井管。其中,低合金鋼管暴露在含有H2S的酸性環(huán)境中,就會產(chǎn)生源自硫化物應(yīng)力裂紋(SSC)的氫脆性斷裂,且越是高強度鋼越易造成SSC。故過去是將能用于酸性環(huán)境的油井管的最高強度限制在110Ksi(千磅/英寸2),即屈服強度758MPa級以內(nèi)。若要生產(chǎn)超過110Ksi級的高強度鋼管,須解決深井化的自重增加而可能產(chǎn)生的壓壞耐久問題,以及因鋼管薄壁化細長化而成本增加的問題。
為了滿足市場需求,住友金屬公司綜合技術(shù)研究所與歌山制鐵所共同開發(fā)了兼具超高強度和耐酸(SCC)性的低合金油井管,在世界上首次進行了125Ksi(屈服強度862MPa)級超高強度耐酸低合金油井管的實用化,從而使過去無法進行的高深度高腐蝕性天然氣井的開發(fā)成為可能。
這種兼具超高強度和耐酸(SCC)性的低合金油井管的開發(fā)方針及材質(zhì)的設(shè)計思路:將鋼中夾雜物細化彌散、有效利用毫微(10-9)尺寸C(碳)化物、減低金相組織中的位錯密度并控制晶界C化物的形態(tài),采用這些措施即能使鋼的組織最佳化,從而獲得所要求性能。
利用以上的組織控制手段開發(fā)的125Ksi(屈服強度862MPa)級超高強度耐酸(耐H2S)腐蝕的低合金油井管已經(jīng)實用化。此油井管材料的高功能化,使過去無法生產(chǎn)的4~6km級高深度(特別是海底位置)的天然氣井開發(fā)成為可能,對向世界供應(yīng)清潔能源天然氣的工程作出了重要貢獻。今后,高深度高腐蝕性天然氣井的開發(fā)將會在全世界加速,更多清潔能源的需求和供應(yīng)都是可以期待的。(心遠)