КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ ТРУБА ДЛЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к области горного дела, в частности к трубам, предназначенным для эксплуатации в скважинах с агрессивными средами, содержащими сероводород и углекислый газ.
Известны высокопрочные обсадные и насосно-компрессорные трубы, изготовленные из легированной хромомолибденовой или хромоникельмолибденовой стали с применением закалки и отпуска (Трубы нефтяного сортамента. Справочник под ред. А.Е.Сарояна. М., «Недра», 1987. с.304-305, 402). Указанные трубы, однако, не обладают необходимой коррозионной стойкостью.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является труба, изготовленная из стали группы прочности L80 типа 9Cr и подвергнутая термоупрочнению. При этом сталь характеризуется следующим содержанием компонентов, мас.%: не более 0,15 углерода, не более 1,00 кремния, 0,30-0,60 марганца, 0,90-1,10 молибдена, 8,00-10,00 хрома, не более 0,50 никеля, не более 0,25 меди, не более 0,02 фосфора, не более 0,01 серы (Стандарт API 5CT/ISO 11960 Стальные трубы для использования в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб. Дата введения 1 января 2006 г.) Данные трубы обладают стойкостью к углекислотной коррозии, но подвержены сульфидному растрескиванию под напряжением (СКРН) и бактериальной коррозии.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание насосно-компрессорных и обсадных труб, обладающих высоким уровнем механических свойств и стойкостью к коррозии в различных агрессивных средах.
Поставленная задача решается за счет того, что коррозионно-стойкая труба для нефтяных скважин, изготовленная из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, железо и неизбежные примеси, и подвергнутая термоупрочнению, в отличие от прототипа изготовлена из стали, характеризующейся дополнительным содержанием ванадия, ниобия, алюминия и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод
не более 0,16
Кремний
0,30-0,50
Марганец
0,50-0,70
Хром
3,00-6,00
Молибден
0,40-1,00
Ванадий
0,04-0,10
Ниобий
0,04-0,10
Алюминий
0,02-0,05
РЗМ
0,005-0,015
Железо и
неизбежные примеси
остальное
Сущность заявляемой полезной модели и обеспечиваемый ею технический результат поясняются сравнительными примерами и данными проведенных экспериментов, представленными в таблицах:
Таблица 1 - варианты химического состава стали. Таблица 2 - механические свойства, Таблица 3 - результаты испытаний на стойкость к сульфидной и углекислой коррозии, Таблица 4 - результаты испытаний на стойкость к биокоррозии (оценивается как количество клеток СВБ-бактерий в поле зрения при 3000-кратном увеличении).
Как видно из приведенных данных, предложенная труба для нефтяных скважин обладает такой совокупностью механических свойств и коррозионной стойкости, которая отсутствует у известных из уровня техники аналогов.
При этом следует отметить, что введение в состав стали ниобия и ванадия способствует связыванию углерода в карбиды, уменьшая выделение молибдена и хрома в структуре. Таким образом повышается количество хрома и молибдена в твердом растворе, что оказывает положительное влияние на стойкость труб к углекислотной коррозии, поскольку хром и молибден склонны к образованию на поверхности стали защитных аморфных фаз, повышающих коррозионную стойкость. При содержании хрома менее 3,0 мас.% не обеспечивается стойкость к углекислотной коррозии, а при содержании хрома свыше 6,0 мас.%
ухудшается стойкость к СКРН. Трубы, изготовленные из стали с содержанием молибдена менее 0,4 мас.%, не обладают хладостойкостью, а при содержании молибдена свыше 1,0 мас.% также снижается их стойкость к СКРН. При содержании ванадия свыше 0,10 мас.% наблюдается значительное ухудшение свариваемости, а содержание ниобия свыше 0,10 мас.% приводит к появлению грубых карбонитридов, что негативно сказывается на стойкости стали к коррозионному растрескиванию. Введение ванадия и ниобия в количествах менее 0,04 мас.% не обеспечивает формирование в структуре стали карбонитридов ванадия и ниобия, необходимых для повышения стойкости труб к углекислотной коррозии за счет увеличения содержания хрома в феррите. Введение алюминия в указанном количестве достаточно для связывания растворенного кислорода в прочные оксиды, а введение в состав стали редкоземельных металлов положительно сказывается на стойкости труб к сульфидной и бактериальной коррозии.
Таким образом, совокупность высокого уровня механических свойств и стойкости предложенных труб к коррозии в различных агрессивных средах делает возможным использование их в качестве насосно-компрессорных и обсадных труб в средах, содержащих сероводород и углекислый газ.
Таблица 1
№ п/п
Массовые доли элементов, %
С
Si
Mn
Cr
Mo
Аl
V
Nb
PЗM
1
0,14
0,35
0,55
4,50
0,40
0,04
0,07
0,04
0,007
2
0,16
0,30
0,70
3,00
0,80
0,03
0,04
0,10
0,008
3
0,14
0,32
0,58
6,00
0,40
0,05
0,10
0,08
0,005
4
0,12
0,50
0,50
3,50
1,00
0,04
0,10
0,07
0,015
5
0,16
0,35
0,60
6,00
0,80
0,02
0,07
0,05
0,001
6
0,16
0,45
0,63
5,50
0,60
0,05
0,05
0,05
0,020
7 (прототип)
0,12
0,35
0,56
8,21
0,95
0,03
-
-
-
Таблица 2
№ п/п
Предел прочности, σ, МПа в
Предел текучести, σ, МПа т
Ударная вязкость, -60 KCV Дж/см<sup>2</sup>
Доля вязкой составляющей в изломе, %
1
740
600
225,4
100
2
720
610
180,5
80
3
735
610
108,6
50
4
690
580
112,3
50
5
763
650
125,3
55
6
710
615
73,2
35
7(прототип)
740
645
120,0
58
Таблица 3
№ п/п
Стойкость к СКРН по NACE ТМ0177, метод Д, 1/2 К МПа*м issc,
Скорость СО - 2 коррозии, Т 60°С, исп мм/год
1
35,7
0,28
2
34,5
0,34
3
30,8
0,20
4
32,3
0,30
5
25,3
0,25
6
31,4
0,32
7(прототип)
10,4
0,14
Таблица 4
№ пп/п
Количество клеток в поле зрения при х 3000, шт.
1
17
2
21
3
23
4
10
5
36
6
5
7(прототип)
20