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. Трубы, изготовленные из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, молибден, ванадий, ниобий, алюминий, РЗМ в указанных количествах, и подвергнутые термоупрочнению, обладают высоким уровнем механических свойств и стойкостью к коррозии в различных агрессивных средах, что обеспечивает возможность использования их в качестве насосно-компрессорных и обсадных труб 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,  , МПа в | Предел текучести, , МПа т | Ударная вязкость, -60 KCV Дж/см2 | 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 |
Коррозионно-стойкая труба для нефтяных скважин, изготовленная из стали, характеризующейся содержанием углерода, кремния, марганца, хрома, молибдена, и подвергнутая термоупрочнению, отличающаяся тем, что она изготовлена из стали, содержащей дополнительно ванадий, ниобий, алюминий 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 |
