Các loại ống thép không gỉ cho lĩnh vực dầu khí

/TRONG /qua

Nói chung, một số loại thép hợp kim thấp có thể đáp ứng các yêu cầu về môi trường dầu khí ăn mòn có chứa H2S, nhưng môi trường ăn mòn có chứa CO2 hoặc H2S, CO2, Cl – cùng tồn tại khi thép không gỉ Martensitic, thép không gỉ song công hoặc thậm chí là hợp kim gốc niken . Phiên bản 1988 của API 5CT đã bổ sung thêm các loại thép ống chống ăn mòn, chỉ định loại thép C75 với các loại thép không gỉ Martensitic là 9Cr và 13Cr.

 

Cường độ cao Mống thép không gỉ artensit cho giếng dầu

 Trong môi trường ẩm ướt với CO2 là khí chính, hư hỏng ăn mòn cục bộ của ống giếng dầu thường xảy ra, chẳng hạn như ăn mòn rỗ và ăn mòn giữa các hạt, v.v. Nếu Cl – tồn tại, ăn mòn cục bộ sẽ tăng cường. Người ta thường coi rằng sự ăn mòn có thể bị bỏ qua khi áp suất carbon dioxide thấp hơn 0,021MPa và sự ăn mòn sẽ xảy ra khi áp suất carbon dioxide đạt 0,021MPa. Khi pCO2 cao hơn 0,021MPa, cần thực hiện các biện pháp chống ăn mòn thích hợp. Nói chung, không có thiệt hại do rỗ khi tỷ lệ co2 thấp hơn 0,05Mpa.

Người ta đã chứng minh rằng tác dụng của việc sử dụng chất giải phóng bền vững để chống ăn mòn CO2 là hạn chế và hiệu quả của việc sử dụng thép có hàm lượng crom cao như thép 9%-13%Cr là tốt hơn. Từ những năm 1970, một số giếng khí tự nhiên đã sử dụng ống thép không gỉ 9%Cr và 13Cr% để chống ăn mòn CO2. Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) khuyến nghị sử dụng ống thép không gỉ martensitic 9Cr và 13Cr (API L80-9Cr và L80-13Cr) để sử dụng theo tiêu chuẩn. Thép 13Cr có khả năng chống ăn mòn CO2 tốt hơn, trong khi thép 9Cr-1Mo có khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất H2S tốt hơn. Về nguyên tắc, cả hai loại thép đều không phù hợp nếu có H2S trong khí quyển CO2. Khi H2S tồn tại trong giếng dầu CO2, điện trở SSCC của ống giếng dầu phải được cải thiện càng nhiều càng tốt, đồng thời phải áp dụng phương pháp xử lý nhiệt và tôi luyện để thu được martensite đồng nhất và độ cứng phải được kiểm soát dưới HRC22 càng nhiều càng tốt .

Loại thép không gỉ của giếng dầu

Cấp C Mơ Cr Ni Củ
9Cr .10,15 0.9-1.1 8.0-10.0 .50,5 /
13Cr 0.15-0.22 / 12.0-14.0 .50,5 /
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

Tuy nhiên, ống thép API 13Cr có khả năng chống CO2 giảm đáng kể và rút ngắn tuổi thọ sử dụng khi nhiệt độ giếng dầu đạt 150oC trở lên. Để cải thiện khả năng chống ĂN MÒN của ống thép API 13Cr đối với CO2 và SSC (nứt ứng suất sunfua), ống thép SUP13Cr carbon thấp có bổ sung Ni và Mo đã được phát triển. Ống thép có thể sử dụng trong môi trường ẩm ướt với nhiệt độ cao, nồng độ CO2 cao và một lượng nhỏ hydrogen sulfide. Cấu trúc của các ống này là martensite được tôi luyện và ferit dưới 5%. Khả năng chống ăn mòn đối với CO2 có thể được cải thiện bằng cách giảm lượng carbon hoặc thêm Cr và Ni, và khả năng chống ăn mòn rỗ có thể được cải thiện bằng cách thêm Mo. So với ống thép API 13Cr, khả năng chống ăn mòn đối với CO2 và SSC được cải thiện rất nhiều. Ví dụ, trong cùng một môi trường ăn mòn, tốc độ ăn mòn của ống thép API 13Cr lớn hơn 1mm/a, trong khi tốc độ ăn mòn của ống thép SUP13Cr giảm xuống còn 0,125mm/a. Với sự phát triển của giếng sâu và siêu sâu, nhiệt độ giếng dầu tiếp tục tăng. Nếu nhiệt độ giếng dầu tiếp tục tăng lên hơn 180oC, khả năng chống ăn mòn của ống giếng dầu SUP13Cr cũng bắt đầu giảm, không thể đáp ứng yêu cầu sử dụng lâu dài. Theo nguyên tắc lựa chọn vật liệu truyền thống, nên chọn thép không gỉ song công hoặc hợp kim gốc Niken.

 

Mthép không gỉ artensit ống cho đường ống dẫn dầu

Các đường ống dẫn vận chuyển dầu và khí ăn mòn đòi hỏi vật liệu chống ăn mòn tương tự như ống giếng dầu. Trước đây, đường ống thường được bơm chất giải phóng bền vững hoặc vật liệu chống ăn mòn như thép không gỉ hai pha. Loại thứ nhất có tác dụng chống ăn mòn không ổn định ở nhiệt độ cao và có thể gây ô nhiễm môi trường. Mặc dù thép không gỉ hai pha có khả năng chống ăn mòn tốt nhưng giá thành cao, nhiệt đầu vào hàn khó kiểm soát, việc gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau hàn khi thi công công trường gặp nhiều khó khăn. Ống martensitic 11Cr cho môi trường CO2 và ống martensitic 12Cr cho môi trường CO2+ vết H2S được đưa vào sử dụng. Cột có khả năng hàn tốt, không cần gia nhiệt trước và xử lý nhiệt sau hàn, tính chất cơ học của nó có thể ngang với loại thép X80 và khả năng chống ăn mòn của nó tốt hơn so với đường ống có chất giải phóng chậm hoặc ống thép không gỉ hai pha.

Ống thép không gỉ cho đường ống

Cấp C Cr Ni Mơ
11Cr 0,03 11 1.5 /
12Cr 0,03 12 5.0 2.0

 

Ống thép không gỉ song công cho ngành dầu khí

Thép không gỉ martensitic SUP 15Cr không thể đáp ứng các yêu cầu về khả năng chống ăn mòn khi nhiệt độ của giếng dầu (khí) chứa CO2 vượt quá 200oC và thép không gỉ song công có khả năng chống chịu tốt với CO2 và Cl - cần có các vết nứt ăn mòn ứng suất. Hiện nay, 22Cr và thép không gỉ song công 25Cr (Austenitic và Ferrite) phù hợp với Giếng CO2 trên 200oC, đồng thời nhà sản xuất điều chỉnh hàm lượng Cr và Ni để điều chỉnh khả năng chống ăn mòn. Thép song công bao gồm ferrite cộng với pha Austenitic. Ngoài Cr và Ni, Mo và N có thể được thêm vào để cải thiện khả năng chống ăn mòn. Ngoài thép không gỉ song công có khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao tốt, so với thép không gỉ martensite, nó có khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất H2S tốt hơn, ở nhiệt độ phòng Thử nghiệm NACE TM 0177-A, trong dung dịch A, môi trường tải 85%SMYS, không gỉ martensite thép chỉ có thể vượt qua bài kiểm tra áp suất một phần 10kPa H2S, thép không gỉ Duplex 25Cr có thể vượt qua bài kiểm tra áp suất một phần 100kPa H2S.

 

Nhìn chung, trong môi trường cùng tồn tại CO2 và H2S, hoặc áp suất riêng phần H2S không đạt tới hạn nhưng Cl- rất cao, thép 13Cr (kể cả thép super 13Cr) không thể đáp ứng được yêu cầu, 22Cr Bắt buộc phải có thép không gỉ song công (ASF 2205) hoặc thép không gỉ siêu song công 25Cr, thậm chí cả thép không gỉ Ni, Cr cao và các hợp kim dựa trên Ni và Fe-Ni như G3, hợp kim 825 chứa hơn 20% Cr, Ni30%.