抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼的製作方法
2023-06-03 09:23:21 1
專利名稱：抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種油套管用合金鋼，特別是一種在含有二氧化碳、氯離子、硫化氫等複合酸性腐蝕環境條件下使用的油套管用抗腐蝕低合金鋼。
目前大部分油田用油套管普遍存在嚴重的CO2腐蝕問題。每年因CO2腐蝕所產生的事故給油田帶來經濟損失高達億元以上。從材料防腐學角度看，在高CO2含量、氯離子、產出水量、鐵離子含量、低pH值以及井中高溫、高壓和流體衝刷形成的強腐蝕環境，要保證油套管安全、高效地生產，最有效的辦法是採用價格昂貴的13Cr以上的高鉻不鏽鋼管材。但對於眾多屬於貧礦低滲透油田，油井的開採壽命大多在10年以下，使用價格昂貴的高鉻不鏽鋼管，油田無法接受，經濟性較差。此外，高鉻不鏽鋼在這種高氯離子的環境中仍然存在較為嚴重的局部腐蝕。因此，許多油田目前只好使用一般的普碳鋼管材，從而導致油田多起嚴重的CO2腐蝕事故。
歐洲專利EP995809提供一種用於製造油套管用合金鋼，其化學成份按重量百分比計配比為0．10～0．30％C，0．10～1．0％Si，0．10～3．0％Mn，2．0～9．0％Cr，0．01～0．10Al或者0．05～0．5％Cu，P≤0．03％，S≤0．01％，其餘為Fe和不可避免的雜質。該專利主要通過加入較多含量的Cr和適量的Cu和Al，以提高材料的抗CO2和海水腐蝕性能，尤其是克服了特定介質條件下的局部腐蝕現象。但是該專利中，Cr的加入量較高，屬於中合金鋼範疇，成本相應較高。此外，該專利認為只有加入超過3％Cr，材料的局部腐蝕才能消除。
本發明的目的在於提供一種抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼，其抗CO2及海水腐蝕性能好，成本適中，具有較大經濟效益。
為達到上述目的，本發明採用下述技術方案一種抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼，其特徵在於按重量百分比計，化學成份配比為C0．01～0．20％，Si0．10～1．0％，
Mn0．10～2．0％，Cr0．5～5．0％，Mo0．01～1．0％，Cu0．05～2．0％，稀土0．005～0．25％；其餘為Fe和不可避免的雜質。
上述的化學成份，還可含有按重量計W0．01～0．5％， Ni0．05～1．0％，Al0．005～0．1％。
本發明設計的化學成份，其各成份作用機理如下C是保證鋼管室溫強度和淬透性所必需成份，但當要求提高抗CO2和Cl-腐蝕性能時，應限制碳含量。碳含量低於0．01％，淬透性和強度不夠，高於0．20％，韌性變壞，腐蝕性變差。
Si加入鋼中起到了脫氧和改善耐蝕性的作用。低於0．01％含量，效果不明顯，超過1．0％含量，加工性和韌性惡化。
Mn是改善鋼的強韌性必須的元素，小於0．1％時作用較小；當超過2％時，抗CO2腐蝕性下降。
Cr的加入使鋼的強度和抗CO2、Cl-腐蝕性能提高。但是，Cr含量小於0．5％時，耐蝕性提高不明顯；高於5．0％時，加工性變差，材料成本提高。
Mo的加入，提高耐蝕性，特別是抗局部腐蝕性，加入量低於0．01％，效果不明顯；高於1．0％，加工性能和塑性惡化。
Cu是抗CO2腐蝕性能提高的主要元素之一，加入量低於0．05％，效果不明顯；高於2％，熱加工性變差。
加入稀土作為表面改性元素，改善了表面腐蝕膜的組成和結構，從而提高了鋼材的抗CO2腐蝕性能。加入量低於0．005％，效果不明顯；超過0．25％，會惡化其力學性能。
W與Mo複合加入，一方面提高了耐蝕性，特別是抗局部腐蝕性，此外，兩種元素的加入，提高了材料的強度和淬透性，加入量低於0．01％，效果不明顯；高於0．5％，加工性能和塑性惡化。
Ni的加入改善了材料的熱加工性能和抗腐蝕性能。加入量低於0．05％，效果不明顯，超過1．0％，加工性能變差。
Al在鋼中起到了脫氧作用，另外還提高了腐蝕表面膜層的穩定性和耐蝕性。當加入量低於0．01％時，效果不明顯；超過0．10％，力學性能變差。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出特點和顯著優點(1)本發明中合金含量尤其是Cr含量有大幅度降低，屬低碳低合金鋼範疇，合金成本較低，能為油田所接受。(2)本發明特別通過Mo、W、稀土元素的微合金化後，鋼的耐蝕性得到大幅度提高，在Cl-含量超過10％的複合CO2腐蝕介質情況下，也沒有局部腐蝕發生。
實施例表1本發明鋼、常規鋼和比較鋼的化學成份，wt％
表1表示試驗鋼的化學成份，其中A1-A6為本發明鋼，B1-B2為對照鋼(已有技術)。從表可以看出，對照鋼中沒有稀土、鎢。
表1中的試驗鋼經煉、鍛造、軋制、熱處理後得到的強度、延伸率、硬度值見表2所示。可以看出，本發明鋼在油田含CO2、Cl-環境和人工海水下的腐蝕性能明顯優於對照鋼。
表2試驗鋼的力學性能和腐蝕性能
注油田試驗條件為Na++K+17183mg／L，HCO3-:122.04mg/L,Cl-:]]>336876mg／L，SO42-:]]>1440．9mg／L，Fe2+100mg／L，Fe3+30mg／L，Ca2+1603mg／L，Mg2+641．5mg／L，PH=6．0，試驗溫度110℃，CO2分壓2．0Mpa，流速1．5m／s。
○表明沒有局部腐蝕；×表明有局部腐蝕
權利要求
1．一種抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼，其特徵在於按重量百分比計，化學成份配比為C0．01～0．20％， Si0．10～1．0％，Mn0．10～2．0％， Cr0．5～5．0％，Mo0．01～1．0％， Cu0．05～2．0％，稀土0．005～0．25％；其餘為Fe和不可避免的雜質。
2．根據權利要求1所述的抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼，其特徵在於按百分比計，化學成份還含有W0．01～0．5％ Ni0．05～1．0％，Al0．005～0．1％。
全文摘要
本發明是一種抗二氧化碳及海水腐蝕油套管用低合金鋼。按重量百分比計,其化學成分配比為:0.01～0.20%C;0.10～1,0%Si,0.10～2.0%Mn,0.5—5.0%Cr,0.01—1.0%Mo,0.05—2.0%Cu,0.005—0.25%稀土;其餘為Fe和不可避免的雜質。本發明提供的油套管鋼材為低碳低合金鋼;成本較低,能為油田所接受;耐腐蝕性得到大幅度提高,在Cl－含量超過10%的複合CO
文檔編號C22C38/22GK1292429SQ0012588
公開日2001年4月25日 申請日期2000年10月30日 優先權日2000年10月30日
發明者張忠鏵, 郭金寶 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司