對(duì)待油管腐蝕通常采用以下兩種方式:1)阻止或降低腐蝕速率(加入緩蝕劑);2)直接采用抗腐蝕材質(zhì)—耐腐蝕合金加工油管。鎳基合金作為耐腐蝕合金的一類產(chǎn)品,對(duì)多種腐蝕形式具有耐蝕性,尤其對(duì)氯化物引起的應(yīng)力腐蝕有著很高的耐蝕性,還可耐受二氧化碳、硫化氫等腐蝕介質(zhì)。鎳基合金油管現(xiàn)在已廣泛用于含有這類腐蝕介質(zhì)的油氣田開(kāi)采中。隨著國(guó)內(nèi)具有這類苛刻條件的油氣井的不斷增加,油田對(duì)鎳基合金油管的需求也在急劇增加。鎳基合金油管作為一種高成本、高附加值的油管,相對(duì)于API耐腐蝕油管有著很大的區(qū)別。
鎳基合金油管的耐腐蝕原理是其表面形成的鈍化膜,將腐蝕介質(zhì)與合金隔離開(kāi)來(lái),從而提高了耐腐蝕性能。鎳基合金油套管鈍化膜有兩層結(jié)構(gòu),表層為Ni和Cr的氫氧化物,內(nèi)層為Cr2O3。
鎳基合金油管相對(duì)于API耐腐蝕油管在化學(xué)成分、工藝、力學(xué)性能、外觀質(zhì)量等方面較為復(fù)雜,見(jiàn)下表:
分類 |
API耐腐蝕油套管 |
鎳基合金油套管 |
產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn) |
API5CT |
ISO13680 |
成分 |
無(wú)特別要求 |
對(duì)Cr、Ni、Mo等有具體要求,純凈度要求 |
工藝 |
熱軋和熱處理 |
需經(jīng)電渣重熔、熱擠壓、固溶處理等工序 |
力學(xué)性能 |
室溫沖擊,可縱向代替橫向 |
-10℃橫向沖擊,壓扁為替代性試驗(yàn) |
外觀質(zhì)量 |
表面缺陷<12.5%壁厚 |
內(nèi)表面不能有氧化皮或退火殘留物, 表面缺陷深度<10%壁厚 |
組織及析出相 |
無(wú)特別要求 |
單相奧氏體組織,對(duì)析出相數(shù)量有要求 |
鎳基合金油管加工工藝主要流程為:冶煉→鍛造→熱擠壓→固溶處理→冷軋→管加工等關(guān)鍵工序。這些關(guān)鍵加工工藝的質(zhì)量控制直接關(guān)系到鎳基合金油管的使用性能。鎳基合金油管(坯料)冶煉工藝較為特殊,為電弧爐熔煉→氫氧脫碳→電渣重熔。
鎳基合金中Mo、Cr等元素含量較高,導(dǎo)致高溫塑性極差,必須采用熱擠壓工藝。熱擠壓工藝是一種將金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行擠壓,使管坯從一個(gè)??讛D出,得到??仔螤顢嗝婀懿牡慕饘俪尚头椒?。熱擠壓工藝的質(zhì)量控制與工藝條件的選擇有直接關(guān)系,其中擠壓過(guò)程中鎳基合金坯料溫度是質(zhì)量控制中容易忽視的環(huán)節(jié),工藝試驗(yàn)研究表明,鎳基合金熱擠壓溫度區(qū)間應(yīng)控制在1050~1150℃范圍內(nèi)。
為有效控制鎳基合金坯料溫度,主要從以下兩方面著手:
鎳基合金擠壓溫度區(qū)間相對(duì)比較小,為了保證坯料在擠壓筒內(nèi)的溫度始終保持在這一溫度區(qū)間,擠壓筒不僅需要具備加熱能力,同時(shí)還應(yīng)具備溫度調(diào)節(jié)能力。
熱擠壓過(guò)程中,鎳基合金在溫度區(qū)間1050~1150℃時(shí)變形抗力依然很高,在擠壓速度過(guò)大的情況下,鎳基合金坯料擠壓變形過(guò)快,會(huì)導(dǎo)致坯料變形區(qū)的溫度顯著提高,從而使坯料變形區(qū)過(guò)燒。所以在熱擠壓過(guò)程中對(duì)擠壓速度應(yīng)保持均勻增加,且擠壓速度不能過(guò)快。