Бесшовная труба для транспортировки нефтепромысловых сред

Бесшовная труба для транспортировки нефтепромысловых сред предназначена для использования при сооружении трубопроводов для транспортировки агрессивных жидкостей и газов, содержащих СO₂ и H₂S. Труба выполнена из стали, содержащей мас.%: углерода 0,05-0,15, марганца 0,35-0,45, кремния 0,17-0,25, хрома 0,80-1,20, ванадия 0,12-0,24, алюминия 0,02-0,03, железо и неизбежные примеси - остальное, подвергнута закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску и характеризуется следующими механическими свойствами: временное сопротивление _в не менее 530 Мпа, предел текучести _т не менее 430 Мпа, ударная вязкость не менее 170 Дж/см² при температуре испытания -60°С. Труба может быть также выполнена из стали, дополнительно содержащей РЗМ в количестве 0,002-0,010 мас.% и обладает необходимым комплексом прочностных свойств и коррозионной стойкости для надежной эксплуатации нефтегазопродуктопроводов в различных климатических условиях. Также расширяется арсенал труб, используемых при строительстве трубопроводов для транспортировки агрессивных нефтепромысловых сред.

Полезная модель относится к области трубопроводов, а именно к металлическим трубам, используемым при сооружении трубопроводов для транспортировки агрессивных жидкостей и газов, содержащих С0₂ и H₂S, в частности, нефти, нефтепродуктов, пластовых вод и т.п.

Известны сварные трубы для нефтегазопродуктопроводов, изготовленные из горячекатанного листа, полученного из низкоуглеродистой стали со следующим соотношением компонентов, мас.%: 0,03-0,11 углерода, 0,90-1,80 марганца, 0,06-0,60 кремния, 0,005-0,30 хрома, 0,02-0,12 ванадия, 0,010-0,055 алюминия, 0,005-0,30 никеля, 0,03-0,10 ниобия, 0,010-0,040 титана, железо и неизбежные примеси - остальное (патент РФ 2180691, МПК C21D 9/08) или из стали с соотношением компонентов, мас.%: 0,02-0,11 углерода, 0,10-1,80 марганца, 0,06-0,60 кремния, 0,005-0,30 хрома, 0,01-0,12 ванадия, 0,01-0,05 алюминия, 0,005-1,0 никеля, 0,02-0,10 ниобия, 0,01-0,04 титана, 0,001-0,5 молибдена, железо и неизбежные примеси - остальное (патент РФ 2252972, МПК F16L 9/02). Как известно, сварные трубы менее надежны по сравнению с бесшовными трубами, а кроме того, вышеуказанные трубы не обладают необходимым уровнем коррозионной стойкости к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН), а также стойкостью к углекислотной и бактериальной коррозии.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели является бесшовная труба для строительства трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды, которая выполнена из стали повышенной коррозионной стойкости, имеющей полосчатость структуры не выше 2 баллов и содержащей (мас.%) 0,07-0.30 углерода, 0,35-1,50 марганца, 0,15-0,70 кремния, 0,05-1,00 хрома, 0,05-0,50 никеля, 0,05-0,50 меди, 0,01-0,05 алюминия, не более 0,010 серы, не более 0,020 фосфора, 0,0008-0,0020 кальция, железо и неизбежные примеси, в том числе кислород - остальное.

Изготовленные трубы подвергаются нормализации (патент РФ 2243284, МПК С22С 38/42). Данные трубы не обладают необходимой хладостойкостью и коррозионной стойкостью в реальных агрессивных нефтепромысловых средах и имеют низкие прочностные характеристики.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение комплекса прочностных свойств и коррозионной стойкости, необходимого для надежной эксплуатации нефтегазопродуктопроводов в различных климатических условиях, а также расширение имеющегося арсенала труб, используемых при строительстве трубопроводов для транспортировки агрессивных нефтепромысловых сред.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что бесшовная труба для транспортировки нефтепромысловых сред, изготовленная из стали повышенной коррозионной стойкости и термически обработанная, в отличие от прототипа, выполнена из низкоуглеродистой стали, содержащей мас.%:

железо и неизбежные примеси - остальное,

подвергнута закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску и характеризуется следующими механическими свойствами: временное сопротивление _в не менее 530 Мпа, предел текучести _т не менее 430 Мпа, ударная вязкость не менее 170 Дж/см² при температуре испытания -60°С. Указанная труба может быть также выполнена из стали, дополнительно содержащей РЗМ в количестве 0,002-0,010 мас.%.

Технический результат, обеспечиваемый описываемой полезной моделью, заключается в следующем. Пониженное по сравнению с прототипом содержание углерода, а также введение в состав стали ванадия обеспечивают увеличение стойкости трубы к СКРН за счет формирования мелкодисперсных равномерно распределенных по металлу карбидов ванадия, являющихся микроловушками атомарного водорода. В указанных количествах ванадий упрочняет феррит, измельчая блочную структуру стали. Кроме этого, ванадий оказывает стабилизирующее воздействие на микро- и субструктуру стали, существенно замедляя процессы превращения аустенита при охлаждении и снижая скорость протекания рекристаллизации феррита. За счет сбалансированного химического состава используемой стали при закалке из аустенитной области (890-950°С) формируется феррито-бейнитная структура. В результате последующего высокотемпературного отпуска происходит распад феррито-бейнитной структуры на мелкозернистую однородную феррито-карбидную смесь, что обеспечивает увеличение пластичности и хладостойкости. Превышение температуры закалки может привести к росту аустенитного зерна, что отрицательно сказывается на прочностных и пластических характеристиках трубы. При закалке от температуры менее 880°С в структуре стали формируется большое количество избыточного феррита и бейнит, а отпуск данного типа микроструктуры приводит к снижению прочностных характеристик трубы.

Отпуск труб при температуре выше 700°С сказывается на карбидной составляющей структуры: возможно выделение грубых карбидов типа Ме₃С и Ме₇С₃ , где часть атомов железа замещена атомами хрома. Изменение карбидной фазы снизит коррозионную стойкость к СКРН и тем более в СO ₂-содержащей среде, так как снизится содержание хрома в твердом растворе железа. Превышение указанной температуры отпуска также влечет увеличение объемов, в которых прошел процесс рекристаллизации феррита, и следовательно снижаются прочностные свойства металла трубы.

Дополнительное введение в состав стали РЗМ, связывающих серу и азот соответственно в оксисульфиды и нитриды, положительно сказывается на стойкости труб к сульфидной и бактериальной коррозии.

Данные проведенных исследований подтверждают получение указанного технического результата (варианты 4, 5, 6) и отражены в таблицах: Таблица 1 - химический состав стали, Таблица 2 - механические свойства при различных режимах термообработки, Таблица 3 - коррозионные свойства.

Таблица 1
Массовые доли элементов, %	Рсм, %
С	Si	Мn	Сr	Al	V	РЗМ	0,16
0,08	0,20	0,40	0,80	0,02	0,16	0,008
Таблица 2
п/п	Режимы ТО	Механические свойства
	Температура закалки	Температура отпуска	в МПА	т МПа	т/в	%	KCV -60 Дж/см2
1	900	730	480	384	0,80	27	268
2	960	580	660	568	0,86	16	86
3	840	700	525	420	0,80	22	186
4	940	600	577	491	0,85	22	194
5	920	700	536	434	0,81	26	242
6	890	650	543	451	0,83	23	217
Таблица 3
п/п	Пороговая нагрузка от минимально гарантированного предела текучести, oth, %	Скорость коррозии в H2S-содержащей среде, мм/год	Скорость коррозии в СO2-содержащей среде, мм/год	Количество клеток СВБ в поле зрения при х3ООО
1	80	0,42	0,45	20
2	55	0,53	0,55	16
3	70	0,47	0,49	18
4	80	0,40	0,34	15
5	85	0,36	0,40	16
6	80	0,37	0,32	16

1. Бесшовная труба для транспортировки нефтепромысловых сред, изготовленная из стали повышенной коррозионной стойкости и подвергнутая термической обработке, отличающаяся тем, что она выполнена из низкоуглеродистой стали, содержащей, мас.%:

подвергнута закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску и характеризуется следующими механическими свойствами: временное сопротивление _в не менее 530 МПа, предел текучести _т не менее 430 МПа, ударная вязкость не менее 170 Дж/см² при температуре испытания -60°С.

2. Бесшовная труба по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, дополнительно содержащей РЗМ в количестве 0,002-0,010 мас.%.