پوشش 13Chrome در مقابل L80: انتخاب مقاومت مناسب در برابر خوردگی برای چاه های با دمای بالا

در محیط‌های چاه با دمای بالا، تمایز بین API 5CT L80 Type 1 و L80-13Cr از نظر مقاومت مکانیکی نیست - هر دو دارای حداقل استحکام تسلیم 80 ksi هستند. این تمایز صرفاً شیمیایی است و مبادله اساسی بین خوردگی  با اتلاف جرم عمومی  (فولاد کربنی) و  ترک خوردگی محیطی  (فولاد ضد زنگ) را نشان می دهد.

این راهنمای فنی «دانش قبیله‌ای» را که اغلب از برگه‌های داده حذف می‌شود، تحلیل می‌کند: محدودیت‌های فشار جزئی خاص، خطرات تلخ آلیاژهای مارتنزیتی، و عرشه‌های سخت عملیاتی که انتخاب مواد را دیکته می‌کنند.

1. متالورژی بنیادی: تجارت شیرین در مقابل ترش

درک حالت های خرابی بسیار مهم است. L80 Type 1 یک فولاد کربن- منگنز است که برای سختی کنترل شده (<23 HRC) برای مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژن طراحی شده است. 13Cr یک فولاد ضد زنگ مارتنزیتی است که بر روی یک فیلم اکسید کروم غیرفعال متکی است.

چگونه فشار جزئی CO2 خرابی مواد را دیکته می کند؟

در محیط‌های «شیرین» (CO2 موجود، بدون H2S)، L80 نوع 1 از طریق تشکیل کربنات آهن (FeCO3) تجزیه می‌شود. در مناطق با آشفتگی یا دمای بالا (60 درجه سانتیگراد تا 90 درجه سانتیگراد)، این مقیاس غیر محافظ می شود و منجر به  حمله مسا می شود - تلفات فلزی سریع و موضعی بیش از 50 مایل در هر سال. برعکس، 13Cr به دلیل محتوای کروم 12 تا 14 درصد، عملاً در برابر این خوردگی کاهش وزن مصون است.

H2S 'Hard Deck' برای استاندارد 13Cr چیست؟

این مهم ترین محدودیت در طراحی پوشش است. در حالی که L80 نوع 1 دارای استاندارد NACE MR0175 / ISO 15156 برای خدمات شدید ترش (منطقه 3) است، استاندارد 13Cr دارای محدودیت شدید است.

• L80 Type 1 Limit:  تحمل بالا. امن در H2S به شرط pH و سختی کنترل می شود.

• محدودیت 13Cr:  1.5 psi (10 کیلو پاسکال) فشار جزئی H2S.

بیش از 1.5 psi H2S با استاندارد 13Cr خطر  ترک خوردگی استرس سولفیدی (SSC) را به همراه دارد . بر خلاف خوردگی عمومی، SSC آنی و فاجعه بار است. منجر به شکستگی شکننده بدون نازک شدن دیواره قبلی می شود.

2. محدودیت های عملیاتی و رویه های در حال اجرا

کارکرد فیزیکی 13Cr به طور اساسی با L80 نوع 1 متفاوت است. درمان 13Cr مانند فولاد کربنی در کف دکل، شکست نخ را تضمین می کند.

چرا گالینگ با اتصالات 13Cr یک ریسک حیاتی است؟

فولاد ضد زنگ مارتنزیتی میل ترکیبی بالایی برای چسبندگی دارد. تحت فشار تماس زیاد آرایش اتصال، لایه اکسید غیرفعال می شکند. بدون پروتکل‌های خاص ضد گال، سطوح فلزی فوراً به صورت سرد جوش می‌شوند. L80 Type 1 که فولاد کربنی است بسیار بخشنده تر است.

پروتکل های آرایشی اجباری برای 13Cr چیست؟

دانش قبیله ای روش دقیق زیر را برای 13Cr دیکته می کند که برای L80 غیر ضروری است:

1. حد دور در دقیقه:  سرعت نهایی آرایش باید  کمتر از 5 دور در دقیقه باشد  تا از گرم شدن اصطکاکی جلوگیری شود.

2. تراز:  جبران کننده وزن اجباری است. هر گونه ناهماهنگی در حین چرخش منجر به threading می شود.

3. انتخاب دوپ:  استاندارد API دوپ اصلاح شده اغلب ناکافی یا از نظر محیطی محدود است. از ترکیبات نخ تیکسوتروپیک ویژه با فاکتورهای اصطکاک (k-factor) تنظیم شده برای CRA (آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی) استفاده کنید.

سوالات میدانی رایج در مورد 13Chrome در مقابل پوشش L80: انتخاب مقاومت مناسب در برابر خوردگی برای چاه های با دمای بالا

آیا می توانم L80 نوع 1 را مهار کنم تا در CO2 مرطوب مانند 13Cr عمل کند؟

از نظر فنی، بله، اما این یک محاسبه OPEX در مقابل CAPEX است. تزریق مداوم بازدارنده های خوردگی می تواند L80 نوع 1 را در محیط های با CO2 بالا محافظت کند. با این حال، راندمان بازدارندگی در چاه‌های گاز با سرعت بالا یا بخش‌های افقی که در آن مواد شیمیایی نمی‌توانند بالای لوله را بپوشانند کاهش می‌یابد (خوردگی بالای خط). اگر هزینه های بازداری چرخه حیات از حق بیمه 13Cr بیشتر شود، آلیاژ انتخاب مهندسی صحیحی است.

اگر با کلریدهای بالا (آب نمک) با 13Cr مواجه شوم چه اتفاقی می افتد؟

استاندارد 13Cr مستعد ایجاد  حفره های موضعی  در محیط های با کلرید بالا است، به ویژه اگر اکسیژن وارد شود (به عنوان مثال، در جریان گردش سیال کامل) و دماها از 150 درجه سانتی گراد (300 درجه فارنهایت) بیشتر شود. در حالی که L80 نوع 1 دچار خوردگی عمومی می‌شود، 13Cr می‌تواند از گودال‌های عمیق و نافذی که منجر به ریزش می‌شود، آسیب ببیند. برای چاه های پر کلرید و دمای بالا، Super 13Cr (با مولیبدن) مورد نیاز است.

آیا 13Cr در مقایسه با L80 به ذخیره سازی خاصی نیاز دارد؟

بله. L80 نوع 1 باعث ایجاد زنگ زدگی سطحی می شود که قابل حذف است. 13Cr، اگر با رطوبت محبوس شده در زیر محافظ های نخ ذخیره شود، دچار  خوردگی شکاف می شود . هنگامی که ریشه نخ سوراخ شد، اتصال ضایعات می شود. 13Cr باید با محافظ های نخ خشک و باکیفیت ذخیره شود و در حالت ایده آل از تماس مستقیم با قلاب چوبی که رطوبت را در خود نگه می دارد اجتناب شود.

راه حل های مهندسی برای پوشش 13Chrome در مقابل L80: انتخاب مقاومت خوردگی مناسب برای چاه های با دمای بالا

انتخاب متالورژی صحیح تنها نیمی از کار است. اطمینان از یکپارچگی اتصال و کیفیت ساخت به همان اندازه برای کاربردهای با دمای بالا حیاتی است. در زیر راه‌حل‌های محصول خاص برای محیط‌های خدمات شیرین و ترش آورده شده است.

• برای سرویس‌های ترش و بدنه‌های لوله سرویس شیرین:
  طیف کاملی از درجه‌های API 5CT از جمله L80 Type 1 و L80-13Cr را مشاهده کنید: محلول های پوشش و لوله.

• برای مقاومت در برابر ضربه در 13Cr:
  آلیاژهای مارتنزیتی به اتصالاتی نیاز دارند که برای به حداقل رساندن تنش تماسی و جلوگیری از گند زدگی در هنگام آرایش طراحی شده باشند: فناوری های اتصال برتر.

• برای خطوط جریان و حمل و نقل سطحی:
  متالورژی پایین چاله خود را با خطوط سطح مناسب مطابقت دهید: لوله خط بدون درز.

سوالات متداول: محدودیت های عملیاتی 13Chrome و L80

حداکثر دما برای 13Cr استاندارد چقدر است؟

در حالی که این ماده در دماهای بالا استحکام خود را حفظ می کند، حد مقاومت در برابر خوردگی به طور کلی  300 درجه فارنهایت (150 درجه سانتی گراد) در نظر گرفته می شود . بالاتر از این آستانه، خوردگی حفره‌ای در محیط‌های آب نمک به یک خطر مهم تبدیل می‌شود و نیاز به حرکت به 13Cr-5Ni-2Mo (Super 13Cr) یا Duplex است.

چرا L80 Type 1 بر N80 در چاه ترش ترجیح داده می شود؟

هر دو دارای قدرت تسلیم مشابه (80 ksi) هستند، اما N80 (نوع 1 یا Q) دارای درپوش سختی اجباری 23 HRC مورد نیاز NACE MR0175 نیست. N80 به ترک خوردگی استرس سولفید در H2S حساس است. L80 نوع 1 به طور خاص برای مقاومت در برابر آن تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد.

آیا می توانم 13Cr را در چاهی با 2.0 psi H2S اجرا کنم اگر PH بالا باشد؟

این یک 'منطقه خاکستری' پرخطر است. در حالی که NACE MR0175 اجازه می دهد تا محدودیت های H2S در pH بالاتر کاهش یابد، 13Cr استاندارد در حضور H2S بسیار ناپایدار است. اکثر اپراتورهای محافظه کار هنگامی که H2S از آستانه 1.5 psi فراتر رفت، صرف نظر از pH، به Super 13Cr یا L80 Type 1 تغییر می کنند (اگر CO2 اجازه می دهد) تا دلیل ترش شدن بالقوه مخزن در طول زمان باشد.

آیا 13Cr امتیاز فروپاشی بالاتری نسبت به L80 دارد؟

به طور کلی، نه. از آنجایی که هر دو ماده با حداقل مقاومت تسلیم 80 ksi یکسان تولید می شوند، مقاومت در برابر فروپاشی آنها (که تابعی از استحکام تسلیم و نسبت D/t است) قابل مقایسه است. انتخاب توسط محیط خوردگی هدایت می شود، نه رتبه بندی فشار ترکیدگی / فروپاشی.