Gatunki rur ze stali nierdzewnej dla złóż ropy i gazu

/w /przez

Ogólnie rzecz biorąc, niektóre stale niskostopowe mogą spełniać wymagania dla korozyjnego środowiska ropy i gazu zawierającego H2S, ale środowisko korozyjne zawierające CO2 lub H2S, CO2, Cl – współistnienie tam, gdzie wymaga tego stal nierdzewna martenzytyczna, stal nierdzewna duplex lub nawet stop na bazie niklu . Wersja API 5CT z 1988 r. dodała odporne na korozję gatunki stali na rury, określając gatunek stali C75 z martenzytycznymi gatunkami stali nierdzewnej 9Cr i 13Cr

 

Wysoka wytrzymałość Mrura ze stali nierdzewnej artensitycznej do szybu naftowego

 W wilgotnym środowisku, w którym głównym gazem jest CO2, często dochodzi do lokalnych uszkodzeń korozyjnych rur odwiertów naftowych, takich jak korozja wżerowa i korozja międzykrystaliczna itp. Jeśli występuje Cl –, lokalna korozja zostanie zintensyfikowana. Ogólnie uważa się, że korozję można zignorować, gdy ciśnienie dwutlenku węgla jest niższe niż 0,021 MPa, a korozja wystąpi, gdy ciśnienie dwutlenku węgla osiągnie 0,021 MPa. Gdy pCO2 jest wyższe niż 0,021 MPa, należy podjąć odpowiednie środki antykorozyjne. Ogólnie rzecz biorąc, nie ma uszkodzeń spowodowanych wżerami, gdy frakcja co2 jest niższa niż 0,05 MPa.

Udowodniono, że efekt stosowania środka o przedłużonym uwalnianiu w celu zapobiegania korozji CO2 jest ograniczony, a lepszy efekt stosowania stali wysokochromowej, takiej jak stal 9%-13%Cr. Od lat 70. XX wieku w niektórych studniach gazu ziemnego stosuje się rury ze stali nierdzewnej 9%Cr i 13Cr%, aby zapobiec korozji wywołanej CO2. American Petroleum Institute (API) zaleca rury ze stali martenzytycznej 9Cr i 13Cr (API L80-9Cr i L80-13Cr) do zastosowań standardowych. Stal 13Cr ma lepszą odporność na korozję CO2, podczas gdy stal 9Cr-1Mo ma lepszą odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe H2S. Zasadniczo żadna stal nie jest odpowiednia, jeśli w atmosferze CO2 występuje H2S. Jeżeli w szybie naftowym CO2 występuje H2S, należy w miarę możliwości poprawić odporność rury szybu naftowego na SSCC oraz zastosować obróbkę cieplną hartowania i odpuszczania w celu uzyskania jednolitego martenzytu, a twardość powinna być kontrolowana poniżej HRC22, o ile to możliwe .

Odwiert naftowy ze stali nierdzewnej

Stopień C Pon Kr Ni Cu
9Kr ≤0,15 0.9-1.1 8.0-10.0 ≤0,5 /
13Kr 0.15-0.22 / 12.0-14.0 ≤0,5 /
SUP9Cr ≤0,03 1.5-2.5 12.0-13.5 4.0-6.0 /
SUP13Cr ≤0,03 1.5-2.5 14.0-16.0 5.0-7.0 0.5-1.5

Jednakże rury stalowe API 13Cr mają znacznie zmniejszoną odporność na CO2 i skróconą żywotność, gdy temperatura w odwiercie naftowym osiąga 150 ℃ lub więcej. W celu poprawy odporności KOROZJI rur stalowych API 13Cr na CO2 i SSC (pękanie naprężeniowe siarczkowe), opracowano rury ze stali niskowęglowej SUP13Cr z dodatkiem Ni i Mo. Rura stalowa może być stosowana w wilgotnym środowisku o wysokich temperaturach, wysokim stężeniu CO2 i małej ilości siarkowodoru. Struktura tych rur to odpuszczony martenzyt i ferryt mniejszy niż 5%. Odporność na korozję na CO2 można poprawić poprzez redukcję węgla lub dodanie Cr i Ni, a odporność na korozję wżerową można poprawić przez dodanie Mo. W porównaniu z rurami stalowymi API 13Cr, odporność na korozję na CO2 i SSC jest znacznie poprawiona. Na przykład w tym samym środowisku korozyjnym szybkość korozji rury stalowej API 13Cr wynosi ponad 1 mm/rok, podczas gdy szybkość korozji rury stalowej SUP13Cr jest zmniejszona do 0,125 mm/rok. Wraz z rozwojem odwiertów głębokich i bardzo głębokich temperatura w odwiertach naftowych stale rośnie. Jeśli temperatura w odwiercie naftowym wzrośnie do ponad 180 ℃, odporność na korozję rury naftowej SUP13Cr również zacznie spadać, co nie będzie w stanie spełnić wymagań długotrwałego użytkowania. Zgodnie z tradycyjną zasadą doboru materiału należy wybrać stal nierdzewną duplex lub stop na bazie niklu.

 

Mstal nierdzewna artensytyczna rura do rurociągu naftowego

The rura rurociągowa Przesyłanie żrącej ropy i gazu wymaga tego samego materiału odpornego na korozję, co rura szybu naftowego. Wcześniej do rur zwykle wstrzykiwano środki o przedłużonym uwalnianiu lub materiały odporne na korozję, takie jak dwufazowa stal nierdzewna. Ten pierwszy jest niestabilny w działaniu antykorozyjnym w wysokiej temperaturze i może powodować zanieczyszczenie środowiska. Chociaż dwufazowa stal nierdzewna ma dobrą odporność na korozję, koszt jest wysoki, a dopływ ciepła podczas spawania jest trudny do kontrolowania, podgrzewanie wstępne spawania i obróbka cieplna po spawaniu konstrukcji obiektu stwarzają trudności. Oddano do użytku rurę martenzytyczną 11Cr do środowiska CO2 oraz rurę martenzytyczną 12Cr do środowiska CO2+ śladowego H2S. Kolumna ma dobrą spawalność, bez podgrzewania wstępnego i obróbki cieplnej po spawaniu, jej właściwości mechaniczne mogą być porównywalne ze stalą gatunku X80, a jej odporność na korozję jest lepsza niż rurociągu ze środkiem antyadhezyjnym o opóźnionym uwalnianiu lub rury ze stali nierdzewnej dwufazowej.

Rura ze stali nierdzewnej do rurociągu

Stopień C Kr Ni Pon
11Kr ≤0,03 11 1.5 /
12Kr ≤0,03 12 5.0 2.0

 

Rura ze stali nierdzewnej typu duplex dla przemysłu naftowego

Martenzytyczna stal nierdzewna SUP 15Cr nie może spełnić wymagań odporności na korozję, gdy temperatura odwiertu ropy (gazu) zawierającego CO2 przekracza 200℃, a wymagana jest stal nierdzewna typu duplex o dobrej odporności na CO2 i Cl – pęknięcia korozyjne naprężeniowe. Obecnie, 22Kr i stale nierdzewne duplex 25Cr (austenityczne i ferrytowe) nadają się do studni CO2 o temperaturze powyżej 200 ℃, podczas gdy producenci dostosowują zawartość Cr i Ni w celu dostosowania odporności na korozję. Stal duplex składa się z ferrytu i fazy austenitycznej. Oprócz Cr i Ni, Mo i N można dodać w celu poprawy odporności na korozję. Oprócz tego, że stal nierdzewna duplex ma dobrą odporność na korozję w wysokich temperaturach w porównaniu z martenzytyczną stalą nierdzewną, ma lepszą odporność na pękanie pod wpływem korozji naprężeniowej H2S, w temperaturze pokojowej Test NACE TM 0177-A, w roztworze A, środowisko ładowania 85%SMYS, martenzyt ze stali nierdzewnej stal może przejść tylko test ciśnienia cząstkowego 10 kPa H2S, stal nierdzewna Duplex 25Cr może przejść test ciśnienia cząstkowego 100 kPa H2S.

 

Generalnie przy współistnieniu środowisk CO2 i H2S, czyli ciśnienie parcjalne H2S nie osiąga wartości krytycznych, ale Cl- jest bardzo wysokie, stal 13Cr (w tym stal super 13Cr) nie jest w stanie spełnić wymagań, 22Kr stal nierdzewna duplex (ASF 2205) lub stal nierdzewna super duplex 25Cr. Wymagana jest nawet stal nierdzewna o wysokiej zawartości Ni, Cr oraz stopy na bazie Ni i Fe-Ni, takie jak G3, stop 825 zawierający więcej niż 20% Cr, Ni30%.