ЭЛЕКТРОСВАРНАЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ ТРУБА ДЛЯ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к области горного дела, а именно, к трубам, предназначенным для эксплуатации в скважинах с агрессивными средами, содержащими сероводород и углекислый газ.
Известны электросварные прямошовные трубы для нефтяных скважин, например, обсадные электросварные трубы, выпускаемые Выксунским металлургическим заводом по ТУ 39-0147016-108-2000. Данные трубы изготовлены из рулонного проката, полученного из низколегированных и малоуглеродистых сталей, подвергнуты объемной термообработке и их механические свойства могут соответствовать группам прочности Д, К, Е по ГОСТ 632-80. Данные трубы не являются коррозионно-стойкими и не предназначены для эксплуатации в скважинах с агрессивными средами.
Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является электросварная труба группы прочности С-75 по стандарту 5АС АНИ. Указанная труба изготовлена из стали с содержанием углерода 0,38-048 мас.%, марганца 0,75-1,00 мас.%, молибдена 0,15-0,25 мас.%, хрома 0,80-1,10 мас.% и подвергнута нормализации и отпуску при температуре выше 621°С (Трубы нефтяного сортамента. Справочник под ред. А.Е.Сарояна, М., «Недра», 1987, стр.304-306, 402-403). Такие трубы предназначены для использования в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб в скважинах с сероводородсодержащей средой, но они не обладают необходимой стойкостью к углекислотной и бактериальной коррозии.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение стойкости обсадных и насосно-компрессорных труб к различным видам коррозии, а также расширение имеющегося арсенала труб для нефтяных скважин с агрессивными средами.
Поставленная задача решается за счет того, что электросварная труба для нефтяных скважин, выполненная из стали, легированной хромом и молибденом, и подвергнутая объемной термической обработке, в отличие от прототипа изготовлена из горячекатанного листа, который получен из стали со следующим содержанием компонентов, мас.%: углерод 0,03-0,12, кремний 0,17-0,40, марганец 0,40-0,70, хром 1,20-2,00, молибден 0,15-0,30, алюминий не более 0,06, ванадий 0,04-0,10, ниобий 0,03-0,06, железо и неизбежные примеси - остальное. При этом труба подвергнута закалке при температуре 890-950°С, отпуску и охлаждению на воздухе с температуры 640-670°С. Кроме того, горячекатанный лист может быть получен из стали, дополнительно содержащей цирконий в количестве 0,04-0,06 мас.%.
2
Предложенное техническое решение обеспечивает при своем осуществлении технический результат, выражающийся в том, что данная электросварная коррозионно-стойкая труба, для изготовления которой использована низкоуглеродистая экономнолегированная сталь, обладает не только повышенной коррозионной стойкостью, но и необходимыми механическими свойствами, соответствующими группе прочности Е, Л, регламентированными для обсадных и насосно-компрессорных труб по ГОСТ 632-80 и ГОСТ 633-80. Коррозионная стойкость металла труб обеспечивается химическим составом стали: легирование низкоуглеродистой стали ниобием и ванадием способствует связыванию углерода в карбиды, уменьшая выделение карбидов молибдена и хрома в структуре металла и повышая таким образом 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; повышенная стойкость труб к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН) достигается за счет низкого содержания углерода и наличия в составе стали молибдена; а введение в состав стали хрома в указанном количестве способствует увеличению стойкости труб не только к карбонатной, сероводордной, но и к бактериальной коррозии. Необходимые механические свойства и стойкость к СКРН описываемой трубы достигаются за счет ее объемной термообработки указанным образом, что объясняется следующим. За счет сбалансированного химического состава используемой стали при закалке из аустенитной области (890-950°С) в металле формируется упорядоченная феррито-аустенитная структура. В результате отпуска при температуре 640-670°С мартенсит распадается на ферритокарбидную структуру. При этом за счет того, что при указанной температуре отпуска в структуре стали начинаются процессы рекристаллизации, улучшается пластичность и повышается хладостойкость предложенной трубы (относительное удлинение составляет 25%, a KCV при температуре испытания -60°С - более 300 Дж/см). Превышение температуры закалки выше указанного интервала приводит к росту аустенитного зерна, что отрицательно сказывается на прочностных характеристиках трубы и пластических свойствах металла. При закалке из межкритического интервала температур (температура закалки менее 890°С) в структуре металла формируется большое количество избыточного феррита и мартенсит. Отпуск такой структуры приводит к низким прочностным характеристикам трубы.
Дополнительное введение в состав стали циркония положительно сказывается на стойкости стали к коррозии, т.к. он связывает серу и азот в оксисульфиды и нитриды, соответственно. Модифицирование цирконием также способствует повышению прочности, вязкости, прокаливаемости и свариваемости стали.
см
В таблицах 1, 2 приведены результаты испытаний труб, изготовленных из горячекатанного листа, полученного из стали следующего химического состава, мас.%: 0,09 углерод, 0,34 кремний, 0,53 марганец, 1,25 хром, 0,23 молибден, 0,04 алюминий, 0,07 ванадий; 0,05 ниобий, 0,05 цирконий, остальное - железо и неизбежные примеси. Р для этой стали составляет 0,21%. Полученные данные подтверждают достижение указанных результатов при реализации предложенного технического решения.
Таким образом, заявленные электросварные трубы обладают полным комплексом требуемых эксплуатационных характеристик, что делает возможным их использование в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб соответствующих групп прочности в агрессивных средах, не только содержащих сероводород и углекислый газ, но и имеющих высокую бактериальную зараженность. Одновременно, данные трубы обладают и повышенной хладостойкостью.
Таблица 1
№ п/п
Режимы ТО
Механические свойства
Температура закалки
Температура отпуска
в МПа
T, МПа
v в
%
1
900
650
705,6
558,6
0,79
24,0
2
960
700
646,8
549,8
0,85
21,0
3
840
700
490,0
362,6
0,74
30,0
4
890
720
548,8
411,6
0,75
27
5
900
670
687,0
563,6
0,81
28,0
6
920
650
708,3
566,6
0,80
25,5
7
890
640
702,8
569,3
0,81
24,0
ГОСТ 633-80 Гр.пр. «Е»
689,0
552,0-758,0
-
13
Таблица 2
№ п/п
Стойкость к СКРН по NACE ТМ0177, метод Д, Klssc, МПа*м<sup>1/2</sup>
Пороговая нагрузка от минимального гарантированного предела текучести, oth, %
Скорость коррозии в H<sub>2</sub>S-содержащей среде, мм/год
Скорость коррозии в СО<sub>2</sub>-содержащей среде, мм/год
.Количество клеток СВБ бактерий в поле зрения при ×3000
1
40,2
90
0,5
0,7
12
2
31,7
70
0,7
0,8
13
3
29
75
0,7
1,0
15
4
39,4
80
0,4
0,6
13
5
46,3
90
0,5
0,7
10
6
35,9
90
0,6
0,8
13
7
37,5
85
0,6
0,8
15