スーパー 13Cr 油井管チューブおよびケーシング — 仕様、グレード、サプライヤー ガイド

スーパー 13Cr (S13Cr) は、焼入れおよび焼き戻しを行ったマルテンサイト系ステンレス鋼油井管 (OCTG) グレードで、標準的な炭素鋼が腐食する井戸、主に高 CO₂ 生成油田、深層ガス凝縮井戸、および貯留層温度または塩化物含有量が標準 API 5CT L80 13Cr が処理できるものを超える坑井向けに設計されています。 13% クロム、5% ニッケル、2% モリブデンの公称化学組成 (API 5CRA / ISO 13680 での 13-5-2 指定) は、95 ksi から 125 ksi までの降伏強度、180°C に近い使用温度上限、および従来の 13Cr に比べて大幅に改善された耐塩化物孔食性を二相または超二相の材料コストの約半分で実現します。合金。

ZC Steel Pipe は、API 5CRA / ISO 13680 グループ 1 カテゴリ 13-5-2 に準拠したスーパー 13Cr チューブとケーシングを海安市の工場からシームレスな形状で製造および輸出しています。完全な MTC 文書、サードパーティ検査、および注文に応じて利用可能なプレミアム接続ねじを備えています。当社は、アフリカ、中東、南米の石油・ガス事業者に耐食性油井管を供給しています。

コンテンツ

1. スーパー13Crとは何ですか?

2. 化学組成と冶金

3. グレード別の機械的特性

4. 腐食サービスエンベロープ

5. サイズ、重量、接続

6. 規格とコンプライアンス

7. スーパー 13Cr 対 標準 13Cr 対 改良 13Cr

8. 調達に関する考慮事項

9. よくある質問

1. スーパー13Crとは何ですか?

スーパー 13Cr は、標準 API 5CT L80 13Cr と完全オーステナイト耐食合金 (二相、超二相) の間の性能ギャップを埋めるために開発された改質マルテンサイト系ステンレス鋼です。 「スーパー」という名称は、単一の標準化されたグレード名ではありません。これは、API 5CRA / ISO 13680 に基づいてグループ 1、材料カテゴリ 13-5-2 (13% Cr、~5% Ni、~2% Mo) として分類される、追加のニッケルとモリブデンを含む 13% クロム合金のファミリーを指します。

標準定義 — SUPER 13CR / API 5CRA グループ 1 CAT。 13-5-2

API 5CRA (ケーシング、チューブ、カップリングストックとして使用するための耐食性合金シームレスチューブの仕様) / ISO 13680 は、スーパー 13Cr 油井管を管理します。グループ 1 には、マルテンサイトおよび析出硬化ステンレス鋼が含まれます。カテゴリ 13-5-2 では、おおよその組成範囲が指定されています: 12 ～ 14% Cr、4 ～ 6% Ni、1.5 ～ 3% Mo、炭素 ≤ 0.03%。 UNS指定S41426。これは、標準 API 5CT L80 13Cr (UNS S42000、12 ～ 14% Cr、無視できる程度の Ni/Mo、炭素 ≤ 0.22%) とは異なります。

ニッケルの添加によりマルテンサイトの微細構造が安定化し、靱性を低下させる可能性がある残留オーステナイトが抑制される一方、モリブデンは、高塩化物地層水における標準的な 13Cr の主な破損モードである局所的な孔食に対する耐性を大幅に向上させます。これらの追加により、標準の 13Cr が早期に機能しなくなる坑井でも、22Cr または 25Cr 二相のようなコストと供給の複雑さを上げることなく、スーパー 13Cr を使用できるようになります。

2. 化学組成と冶金

スーパー 13Cr の炭素含有量が低い (≤ 0.03%) ことは、標準の L80 13Cr と冶金学的に重要な違いです。標準の 13Cr に含まれる高炭素は、熱処理中に粒界での炭化クロムの析出を促進し、周囲のマトリックスからクロムを枯渇させ、CO₂ および塩化物環境で優先的に攻撃される鋭敏化ゾーンを作成します。スーパー 13Cr の超低炭素はこの鋭敏化メカニズムを回避し、添加された Ni と Mo が独立して腐食保護を提供します。

エンジニアリングの洞察 — Mo が孔食抵抗を制御する理由

ステンレス鋼の耐孔食性は、PREN (耐孔食当量数) によって定量化されます: PREN = %Cr + 3.3×%Mo + 16×%N。標準 L80 13Cr の場合: PREN ≈ 13。2% Mo を含むスーパー 13Cr の場合: PREN ≈ 13 + 6.6 = ~19.6。モリブデンの添加により、耐孔食指数は約 2 倍になります。これが、標準の 13Cr では急速な分解孔食が発生する 50,000 mg/L 以上の塩化物を含む地層水中で、スーパー 13Cr が不動態皮膜を保持する理由です。

3. グレード別の機械的特性

Super 13Cr は、API 5CRA / ISO 13680 に基づく 2 つの主要な降伏強度段階で市販されており、通常は 95 ksi および 110 ksi (専門的な深井戸用途では 125 ksi) と指定されます。 95 ksi 層は、NACE MR0175 の下でサワーサービスとして受け入れられます。 110 ksi 層は、CO₂ 腐食が支配的であるものの、H₂S が存在しないか無視できる程度のスイート HPHT 井戸で使用されます。

S13Cr — 95 ksi 層

最小降伏強度:  95 ksi (655 MPa)

最大降伏強度:  110 ksi (758 MPa)

最小引張強さ:  110 ksi (758 MPa)

最大硬度:  30 HRC

サワーサービス (NACE): 許容可能 (H₂S ≤ 1.5 psia)

温度上限:  ~150°C (甘い)。限定サワー

規格:  API 5CRA / ISO 13680 Gr. 1

S13Cr — 110 ksi 層

最小降伏強度:  110 ksi (758 MPa)

最大降伏強度:  125 ksi (862 MPa)

最小引張強さ:  125 ksi (862 MPa)

最大硬度:  32 HRC

酸っぱいサービス (NACE): 甘いサービスのみ推奨

上限温度:  ~180°C (スイート、CO₂ サービス)

規格:  API 5CRA / ISO 13680 Gr. 1

L80 13Cr (比較ベースライン)

最小降伏強度:  80 ksi (552 MPa)

最大降伏強度:  95 ksi (655 MPa)

最小引張強さ:  95 ksi (655 MPa)

最大硬度:  23 HRC

サワーサービス (NACE): 許容可能 (H₂S ≤ 1.5 psia)

温度上限:  ~150°C (スイート)

規格:  API 5CT / ISO 11960

調達メモ — 95 ksi と 110 ksi の層の選択

95 ksi 層は、貯留層に微量の H₂S が存在する井戸のデフォルトです。 110 ksi 層は、深さまたは温度によってより高い機械的定格が必要となるスイート (CO₂ のみ) 井戸にのみ適用されます。 H₂S を含む坑井で 110 ksi を指定すると、たとえ NACE しきい値未満の分圧であっても、管理されていない硫化物応力亀裂のリスクが生じます。これは、より高い強度条件が表 A.19 のサワーサービス許容の NACE MR0175 硬度上限を上回るためです。

4. 腐食サービスエンベロープ

スーパー 13Cr がどこで機能し、どこで機能しないのかを理解することが、調達の決定の中心となります。この材料は腐食環境空間の特定の範囲に合わせて設計されており、その範囲の外で動作すると予測可能な故障につながります。

エンジニアリングの重要なポイント — 塩化物の閾値は厳密な境界ではない

上記の塩化物制限は目安です。実際には、スーパー 13Cr の孔食リスクは、Cl- 濃度、CO2 分圧、温度、流速の組み合わせの相互作用の関数です。高速の流れは不動態皮膜の維持に役立ちます。停滞した状態と隙間の形状（堆積物の下、ねじ山コンパウンドの下、カップリングの内部）により、許容可能な塩化物レベルが大幅に減少します。静的条件では仕様内にある井戸でも、流れが中断されると急速に穴が開く可能性があります。境界線のケースでは、代表的なダウンホール条件下での腐食クーポン試験が唯一の信頼できるアプローチです。

塩化物含有環境における標準の 13Cr と比較してスーパー 13Cr の性能が向上するのは、モリブデンの添加によるもので、臨界孔食温度が上昇し、不動態皮膜破壊の速度が遅くなります。主要な油井管ミルによる実験室試験では、5% NaCl + 3.0 MPa CO₂ 環境で 180°C までの温度で耐食性が維持されることが示されています。この条件では、標準的な L80 13Cr は通常、130 ～ 150°C を超える温度で腐食速度が 0.1 mm/年を超えます。

5. サイズ、重量、接続

標準チューブサイズ

スーパー 13Cr は、腐食環境が最も厳しい (生産された流体との直接接触) 生産チューブ用途で主に使用されます。 API 5CRA / ISO 13680 に基づく標準チューブ サイズ:

ケーシングのサイズ

スーパー 13Cr ケーシングはチューブほど一般的ではありませんが、腐食性の高い井戸のライナー ストリングおよび生産ケーシング セクションに指定されています。 9⅝インチを超えるサイズは、大口径の高合金シームレスパイプの製造上の制約により、入手が制限されます。

接続要件

スーパー 13Cr は炭素鋼油井管よりもかじりやすい傾向があり、接続の選択と組み立て手順が重要になります。また、耐食性を提供する酸化クロムの不動態皮膜は、炭素鋼の金属表面よりも硬くて脆いため、接続設計、トルク制御、またはねじの配合が間違っていると、メイクアップ中のねじとねじの接触によりほぼ瞬時にかじりが発生する可能性があります。

フィールドノート — スーパー 13Cr の接続とねじ山化合物の選択

Super 13Cr によるかじり防止の 3 つのルール: (1) 金属間シールと定義されたショルダーを備えたプレミアム接続を常に使用します。制御されたメイクアップ形状により、シールがかみ合う前にねじ山の接触が防止されます。 (2) 13Cr または Super 13Cr には亜鉛ベースの API スレッドコンパウンドを決して使用しないでください。亜鉛化合物は亜鉛脆化を引き起こす可能性があります。 PTFE ベース、ニッケルベース、または銅ベースの特殊化合物を使用してください。 (3) メイクアップ速度を制御する必要があります。BTC の標準ルール ≤ 15 RPM は、13Cr シリーズ合金にはさらに厳密に適用されます。高回転は熱を発生させ、保護フィルムを破壊し、すぐにかじりを引き起こします。

6. 規格とコンプライアンス

スーパー 13Cr は、L80 13Cr を含む標準炭素および低合金油井管のみを管理する API 5CT の範囲外にあります。正しい管理文書は次のとおりです。

エンジニアリングに関する洞察 — API 5CT と API 5CRA: 調達において区別が重要な理由

「13Cr チューブ」の発注書の多くは、実際には Super 13Cr が意図されているのに誤って API 5CT に書き込まれます。さらに悪いことに、スーパー 13Cr (5CRA) グレードが坑井設計に組み込まれたときに、API 5CT L80 13Cr 製品が置き換えられてしまいます。 2 つの材料はクロムの割合は共通していますが、降伏強度層、腐食性能、耐酸性サービスの適用性の点で根本的に異なります。発注書には、管理基準 (API 5CRA / ISO 13680)、グループとカテゴリー (グループ 1、13-5-2)、および収量層 (95 ksi または 110 ksi) を常に明示的に記載してください。決して短縮形の「スーパー 13Cr」だけに依存しないでください。

7. スーパー 13Cr 対標準 13Cr 対改良 13Cr

13Cr ファミリには 3 つの異なる層が含まれており、調達やエンジニアリングの文書ではよく混同されます。以下の表は、実際的な決定の境界をまとめたものです。

改良 13Cr 層 (13CrM、13-4-1、または Vallourec の 13CrM などの商品名で表記されることもあります) は中間点を占めます。標準の 13Cr よりも優れていますが、完全な Super 13Cr よりも Ni と Mo がわずかに少なくなります。坑井温度が 150°C を超える場合、スーパー 13Cr が最適な選択となることがよくありますが、必要性を裏付ける腐食クーポン データがなければ、スーパー 13Cr のコストを正当化するのは困難です。次の階層との比較については、を参照してください。 スーパー 13Cr 対デュプレックス 2205 →

8. 調達に関する考慮事項

リードタイムと工場調達

スーパー 13Cr は、標準の油井管グレードよりも少数の工場で製造されており、ほとんどの大手メーカー (バローレック、新日鉄、TMK、テナリス) は独自の商品名 (バローレック 13CrM/13CrS、新日鉄 SM13CRS、テナリス テナリスハイドラ) で供給しています。 ZC 鋼管を含む中国の工場は、完全な文書を備えた競争力のある価格を必要とするプロジェクト向けに、API 5CRA 仕様に準拠したスーパー 13Cr を生産しています。リードタイムは通常 8 ～ 14 週間ですが、標準的な炭素油井管の場合は 4 ～ 8 週間です。それに応じて油井スケジュールを計画してください。

必要書類

完全な Super 13Cr 注文パッケージには、管理規格およびエディション (API 5CRA / ISO 13680)、等級指定 (グループ 1、カテゴリー 13-5-2)、歩留まり階層 (95 または 110 ksi)、寸法仕様 (OD、公称重量)、接続タイプ (プレミアム - 州認定接続名および API 5C5 認定レベル)、端部仕上げ、PSL レベル、MTC 要件 (熱化学分析、引張、硬度、衝撃、水圧試験）、および第三者の検査範囲。

調達メモ — 熱処理記録の確認

スーパー 13Cr の腐食と機械的性能は、適切な焼き入れ焼き戻し熱処理に完全に依存します。典型的なサイクルは、950 ～ 1050 °C での溶体化焼鈍と、その後の 600 ～ 700 °C での焼き入れおよび焼き戻しです。焼き戻しが不十分なパイプは、MTC 上で許容可能な硬度を示しますが、靭性が低下し、硫化物応力亀裂が発生しやすくなります。硬さ試験結果だけでなく、必ず実際の熱処理記録 (炉温度ログ、その温度での時間、急冷媒体) を別の MTC 成果物として要求してください。

取り扱いと保管

スーパー 13Cr チューブは炭素鋼油井管よりも慎重な取り扱いが必要です。スレッドプロテクターは清潔に保ち、所定の位置に保管する必要があります。酸化クロムの不動態皮膜は機械的損傷後に再形成されますが、滞留水、土壌接触、異種金属接触のある環境（保護コーティングのない炭素鋼ラックなど）で保管すると、長期保管中にプロテクターの下で隙間腐食が発生する可能性があります。長い放置期間 (3 か月以上) の場合は、受け取り時にスレッドプロテクターを検査し、新しいコンパウンドで再装着してください。

完全な取り扱いと障害防止のガイダンスについては、次を参照してください。 現場作業: 13Cr チューブのカジリと酸素ピッチングの防止 →

9. よくある質問

スーパー13Cr油井管とは何ですか?

スーパー 13Cr (S13Cr) は、公称組成が 13% クロム、5% ニッケル、2% モリブデンの焼入れおよび焼き戻し処理を施したマルテンサイト系ステンレス鋼 OCTG グレードです。 API 5CRA / ISO 13680 のグループ 1、カテゴリ 13-5-2 によって管理されており、95 ～ 125 ksi の降伏強度、約 180°C までの CO₂ 耐食性、および標準 API 5CT L80 13Cr と比較して改善された耐塩化物孔食性を、二相合金または超二相合金よりも低コストで提供します。

13Crとスーパー13Crの違いは何ですか?

標準 13Cr (API 5CT に基づく L80 13Cr) は、シンプルな 13% Cr 化学組成、収量 80 ～ 95 ksi、使用温度上限は約 150°C です。 Super 13Cr は、約 5% の Ni と約 2% の Mo を添加し (13-5-2 組成)、降伏を 95 ～ 125 ksi に高め、CO₂ 耐食性を約 180°C まで改善し、塩化物孔食に対する耐性を大幅に向上させます。管理基準も異なります。API 5CRA / ISO 13680 は、API 5CT ではなく Super 13Cr に適用されます。

スーパー 13Cr にはどのような H₂S 制限が適用されますか?

NACE MR0175 / ISO 15156 表 A.19 は、降伏 95 ksi 条件における Super 13Cr (UNS S41426) の H₂S 分圧 ≤ 1.5 psia、pH ≥ 3.5 を指定します。 110 ksi 層は、現在の NACE ガイダンスでは許容できるサービスとはみなされません。スーパー 13Cr は、NACE 閾値を超える H₂S を含む井戸には適していません。代わりに 22Cr または 25Cr 二相、またはより高い CRA グレードが必要です。

スーパー 13Cr チューブにはどのようなサイズがありますか?

最も一般的な外径は 2⅜'、2⅞'、31/2'、4'、41/2'、5 1/2' で、3 1/2' と 4 1/2' が主流の製造チューブ サイズです。スーパー 13Cr ケーシングは、外径 4 1/2 インチから 9 ⅝ インチまで対応しますが、7 インチを超えるものは入手可能性がより制限されます。API 5CRA に基づくすべての標準チューブ重量 (公称ポンド/フィート) は、受注生産ベースで ZC スチール パイプから入手できます。

スーパー 13Cr は酸性化操作に使用できますか?

いいえ - 完全な腐食防止剤の認定が必要です。標準 13Cr とスーパー 13Cr は両方とも、塩酸刺激環境では急速に腐食します。スーパー 13Cr ストリングにそのままの HCl を流すと、パイプの穴で壊滅的な材料損失が発生します。酸による刺激が必要な場合は、酸がストリングに入る前に抑制剤の注入を確認して、特定の酸濃度、温度、計画された接触時間で独自の腐食抑制剤を認定する必要があります。

スーパー 13Cr チューブではどのような接続が使用されますか?

プレミアム金属間シール接続は、ほとんどの用途における Super 13Cr の業界標準です。 API ねじ形状のマルテンサイト系ステンレス鋼はかじりやすいため、ガス井や HPHT サービスでは標準の EUE/NUE 接続が危険になります。定義されたメイクアップショルダー、制御されたねじ山形状、および PTFE ベースまたはニッケルベースのねじ山コンパウンドとの互換性を備えたプレミアム接続が必要です。 ZC スチール パイプの ZC-2 気密プレミアム接続は、API 5C5 CAL IV に基づいてスーパー 13Cr チューブとの使用が認定されています。

次のプロジェクトにスーパー 13Cr 油井管を供給

ZC Steel Pipe は、海安市の工場で API 5CRA / ISO 13680 グループ 1 カテゴリ 13-5-2 に準拠したスーパー 13Cr チューブおよびケーシングを製造しています。当社は、2⅜インチから9⅝インチまでのすべての標準サイズで95 ksiおよび110 ksiの収量層を提供しており、特許取得済みのZC-2気密接続を含むプレミアム接続を備えています。すべての注文で、MTC の完全な文書、第三者検査、寸法検査報告書、熱処理記録が入手可能です。

アフリカ、中東、南米の石油・ガスプロジェクトへの供給も積極的に行っております。欧米の工場グレードに比べて競争力のあるリードタイムと価格設定。

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