Электросварная коррозионно-стойкая труба для нефтяных скважин

Электросварная коррозионно-стойкая труба предназначена для эксплуатации в нефтяных скважинах с агрессивными средами, содержащими сероводород и углекислый газ, и 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.%. Наряду с повышенной коррозионной стойкостью, труба обладает механическими свойствами, соответствующими группе прочности Е, Л, регламентированными для обсадных и насосно-компрессорных труб по ГОСТ 632-80 и ГОСТ 633-80.

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.%.

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 ²). 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.

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_см 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*м1/2	Пороговая нагрузка от минимального гарантированного предела текучести, oth, %	Скорость коррозии в H2S-содержащей среде, мм/год	Скорость коррозии в СО2-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

1. Электросварная коррозионно-стойкая труба для нефтяных скважин, выполненная из стали, легированной хромом и молибденом, и подвергнутая объемной термической обработке, отличающаяся тем, что она изготовлена из горячекатанного листа, полученного из стали со следующим содержанием компонентов, мас.%:

подвергнута закалке при температуре 890-950°С, отпуску и охлаждению на воздухе с температуры 640-670°С.

2. Электросварная коррозионно-стойкая труба по п.1, отличающаяся тем, что горячекатанный лист получен из стали, дополнительно содержащей 0,04-0,06 мас.% циркония.