Beyond API 5CT L80: ການເພີ່ມປະສິດທິພາບດ້ານໂລຫະຂອງ Mo-Ni Alloying ໃນ Super 13Cr ສໍາລັບຄວາມເຂັ້ມແຂງຜົນຜະລິດ 110ksi

ໃນພູມສັນຖານ OCTG ທີ່ບໍ່ມີຮອຍຕໍ່ໃນປະຈຸບັນ, ການເດັ່ນຂອງ API 5CT L80 ປະເພດ 13Cr ທົ່ວໄປແມ່ນກໍາລັງປະເຊີນກັບເພດານໂລຫະ. ໃນຂະນະທີ່ສະແຕນເລດມາດຕະຖານ martensitic (MSS) ໄດ້ຮັບໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາທີ່ດີສໍາລັບ ₂ສະພາບແວດລ້ອມການກັດກ່ອນຂອງຫວານ (CO) ພື້ນຖານ, ການປ່ຽນໄປສູ່ອ່າງເກັບນ້ໍາຄວາມກົດດັນສູງ / ອຸນຫະພູມສູງ (HP / HT) ແລະໂຄງການຈັບຄາບອນ, ການນໍາໃຊ້ແລະການເກັບຮັກສາ (CCUS) ຈໍາເປັນຕ້ອງມີວິວັດທະນາການວັດສະດຸ. ສໍາລັບຜູ້ຜະລິດ Tier-1, ຈຸດປະສົງບໍ່ແມ່ນພຽງແຕ່ຕອບສະຫນອງຂໍ້ກໍານົດ API; ມັນແມ່ນ ຊັ້ນຮຽນທີ  Super 13Cr (S13Cr) ທາງດ້ານວິສະວະກໍາ  ທີ່ສາມາດບັນລຸ  ຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງຜົນຜະລິດຕໍາ່ສຸດທີ່ 110 ksi (758 MPa)  ໂດຍບໍ່ມີການປະນີປະນອມຄວາມເຄັ່ງຄັດຫຼືຄວາມຕ້ານທານ sulfide cracking (SSC).

ການຂາດດຸນໂລຫະຂອງມາດຕະຖານ L80-13Cr

ມາດຕະຖານ 13Cr (ປະມານ 12-14% Cr, <0.20% C) ອີງໃສ່ຄາບອນສໍາລັບການແຂງ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມເກີນ 150 ° C, ຫຼືຢູ່ໃນທີ່ປະທັບຂອງຮ່ອງຮອຍ H ₂S (ຄວາມກົດດັນບາງສ່ວນ> 1.5 psi), ຮູບເງົາ oxide passive ຂອງມາດຕະຖານ 13Cr ຈະບໍ່ຄົງທີ່. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ການຕັ້ງເປົ້າໝາຍໃຫ້ຄວາມແຮງຂອງຜົນຜະລິດ 110 ksi ດ້ວຍມາດຕະຖານເຄມີ C-Mn-Cr ມັກຈະຕ້ອງການອຸນຫະພູມທີ່ວາງອຸປະກອນທີ່ເປັນອັນຕະລາຍຢູ່ໃກ້ກັບເຂດ embrittlement, ຫຼຸດຜ່ອນຄ່າຄວາມທົນທານຜົນກະທົບ (CVN) ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.

ເພື່ອລະເມີດເກນ 110 ksi ໃນຂະນະທີ່ຮັກສາການປະຕິບັດຕາມ NACE MR0175/ISO 15156 ລະດັບ V ຫຼື VI, ພວກເຮົາຕ້ອງປ່ຽນແປງຍຸດທະສາດການເຊື່ອມໂລຫະໂດຍພື້ນຖານໂດຍຜ່ານການນໍາຂອງ Molybdenum ແລະ Nickel.

ການເພີ່ມປະສິດທິພາບຂອງ Mo-Ni Matrix ສໍາລັບ S13Cr-110ksi

ການຫັນປ່ຽນໄປສູ່ Super 13Cr ກ່ຽວຂ້ອງກັບການດັດແປງທາງເຄມີທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ຖືກອອກແບບມາເພື່ອສະຖຽນລະພາບໄລຍະ austenite ໃນລະຫວ່າງການປິ່ນປົວຄວາມຮ້ອນແລະເສີມຂະຫຍາຍການຕໍ່ຕ້ານ corrosion ທ້ອງຖິ່ນ.

1. ປັດໄຈ Nickel (3.5% – 5.5%): Austenite Stabilization

ບໍ່ເຫມືອນກັບມາດຕະຖານ 13Cr, Super 13Cr ນໍາໃຊ້ຄາບອນຕ່ໍາ (<0.03%) ເພື່ອປັບປຸງການເຊື່ອມໂລຫະແລະຫຼຸດຜ່ອນການ precipitation carbide. ເພື່ອຊົດເຊີຍການສູນເສຍຂອງຄາບອນ (ຕົວຄົງທີ່ austenite), Nickel ຖືກນໍາສະເຫນີຢູ່ທີ່ 3.5% ຫາ 5.5%. ທາງດ້ານໂລຫະ, ນິກເກິລເຮັດໜ້າທີ່ສຳຄັນສອງຢ່າງໃນການບັນລຸລະດັບ 110 ksi:

• Depressing the Ac1 Temperature:  Nickel ຫຼຸດລົງອຸນຫະພູມການຫັນປ່ຽນ, ແຕ່ສໍາຄັນກວ່ານັ້ນ, ມັນສະກັດກັ້ນການສ້າງ delta-ferrite. ນີ້ຮັບປະກັນໂຄງສ້າງຈຸນລະພາກ martensitic ຢ່າງເຕັມສ່ວນໃນເວລາທີ່ quenching, ເຊິ່ງເປັນສິ່ງຈໍາເປັນສໍາລັບການແຜ່ກະຈາຍຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງຜົນຜະລິດທີ່ເປັນເອກະພາບໃນທົ່ວທໍ່ທີ່ມີຝາຫນັກ (ເຊັ່ນ: ທີ່ຕ້ອງການສໍາລັບ risers ນ້ໍາເລິກ).

• ການປັບປຸງຄວາມທົນທານ:  Nickel ປັບປຸງອຸນຫະພູມການປ່ຽນແປງ ductile-to-brittle (DBTT). ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ເກືອກ່ອນນ້ໍາເລິກ (ເຊັ່ນການພັດທະນາພາກສະຫນາມ Búzios), ບ່ອນທີ່ risers ໄດ້ສໍາຜັດກັບອຸນຫະພູມນ້ໍາທະເລສະພາບແວດລ້ອມຕ່ໍາ, ເນື້ອໃນ Ni ສູງຮັບປະກັນພະລັງງານຜົນກະທົບ Charpy V-Notch ສູງເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ໃນສະພາບຍ່ອຍສູນ (-10 ° C ຫຼືຕ່ໍາກວ່າ).

2. Molybdenum Boost (1.5% – 2.5%): Pitting Resistance

ການລວມເອົາ Molybdenum ແມ່ນຄວາມແຕກຕ່າງຕົ້ນຕໍສໍາລັບການຕໍ່ຕ້ານ corrosion. Molybdenum ເສີມ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຄວາມ​ຫມັ້ນ​ຄົງ​ຂອງ​ຮູບ​ເງົາ Cr ₂O ຕົວ​ຕັ້ງ​ຕົວ​ຕີ ₃ ​, ໂດຍ​ສະ​ເພາະ​ແມ່ນ​ໃນ​ທີ່​ປະ​ທັບ​ຂອງ chlorides (Cl ^-)​. 

ສໍາລັບການເປັນເຈົ້າຂອງ ຊັ້ນຮຽນ ທີ່ແນໃສ່ຕະຫຼາດ 110 ksi (ແຂ່ງຂັນກັບ BG13Cr-110S ຂອງ Baosteel ຫຼື TP-110SS ຂອງ TPCO), ການຮັກສາຕົວເລກທຽບເທົ່າ Pitting Resistance (PREN) ຂ້າງເທິງ 14 ແມ່ນບໍ່ສາມາດຕໍ່ລອງໄດ້. ການເພີ່ມເຕີມ Mo ນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ວັດສະດຸສາມາດທົນຕໍ່ ₂ຄວາມກົດດັນບາງສ່ວນຂອງ H S ລະຫວ່າງ  3.0 ແລະ 5.0 psi  ທີ່ pH 4.0-5.0, ຂະຫຍາຍຊອງຈົດຫມາຍປະຕິບັດການໄກເກີນຂອບເຂດຈໍາກັດ 1.5 psi ມໍລະດົກຂອງ L80-13Cr.

ການປຽບທຽບທາງວິຊາການ: ມາດຕະຖານທຽບກັບ Proprietary Super 13Cr-110

ຕາຕະລາງຕໍ່ໄປນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມແຕກຕ່າງທາງເຄມີແລະກົນຈັກທີ່ຕ້ອງການເພື່ອບັນລຸລະດັບ 110 ksi ທີ່ເຫມາະສົມກັບຈຸດປະສົງທີ່ເຫມາະສົມສໍາລັບການບໍລິການສົ້ມທີ່ທັນສະໄຫມແລະນ້ໍາສີດ CCUS.

ພາຣາມິເຕີ	API 5CT L80-13Cr (ມາດຕະຖານ)	Super 13Cr-110 (S13Cr) ທີ່ເປັນເຈົ້າຂອງ
ຄວາມແຮງຂອງຜົນຜະລິດ (ນາທີ)	80 ksi (552 MPa)	110 ksi (758 MPa)
ຄາບອນ (C) ເນື້ອໃນ	0.15% - 0.22%	< 0.03% (ຄາບອນຕ່ຳສຸດ)
ເນື້ອໃນຂອງ Nickel (Ni).	< 0.50% (ຕົກຄ້າງ)	3.5% - 5.5%
ເນື້ອໃນຂອງໂມລິບິດາມ (ໂມ)	-	1.5% - 2.5%
ໂຄງສ້າງຈຸລະພາກ	ອຸນຫະພູມ Martensite + Carbides	Tempered Martensite + ເກັບຮັກສາ Austenite
Max Op. ອຸນຫະພູມ	~150°C	~175°C - 180°C
ຈຳກັດ H 2S (NACE TM0177)	1.5 psi (0.1 bar)	3.0 - 5.0 psi (0.2 - 0.35 bar)
PREN (Cr + 3.3Mo + 16N)	~12-13	> 14.0

ສິ່ງທ້າທາຍດ້ານການຜະລິດ: ປ່ອງຢ້ຽມການປິ່ນປົວຄວາມຮ້ອນ

ການຜະລິດ S13Cr-110ksi ບໍ່ພຽງແຕ່ກ່ຽວກັບການລະລາຍເຄມີ; ມັນແມ່ນກ່ຽວກັບຄວາມແມ່ນຍໍາຂອງຂະບວນການ Quench ແລະ Temper (Q&T). ການເພີ່ມຂອງ Nickel ຫຼຸດລົງອຸນຫະພູມ Ac1 (ອຸນຫະພູມທີ່ austenite ເລີ່ມຕົ້ນທີ່ຈະສ້າງຄວາມຮ້ອນ). ນີ້ສ້າງປ່ອງຢ້ຽມທີ່ແຄບຫຼາຍ.

ຖ້າອຸນຫະພູມອຸນຫະພູມສູງເກີນໄປ, austenite ສົດຈະສ້າງແລະປ່ຽນເປັນ martensite ທີ່ບໍ່ມີຄວາມຮ້ອນໃນເວລາເຮັດຄວາມເຢັນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງຜົນຜະລິດເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງບໍ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ແລະ ductility ຫຼຸດລົງ (ຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງ Petrobras ET-3000 specs). ຖ້າອຸນຫະພູມຕໍ່າເກີນໄປ, ພວກເຮົາບໍ່ສາມາດບັນລຸການບັນເທົາຄວາມກົດດັນທີ່ຈໍາເປັນແລະຄວາມເຄັ່ງຄັດຂອງຜົນກະທົບ. ຂະບວນການຜະລິດຂອງພວກເຮົາໃຊ້ຄວາມຮ້ອນ induction ຄວາມແມ່ນຍໍາທີ່ມີການຄວບຄຸມອຸນຫະພູມພາຍໃນ +/- 5 ° C ເພື່ອນໍາທາງປ່ອງຢ້ຽມໂລຫະແຄບນີ້.

Application Focus: CCUS ແລະ Deep Sour Gas

ຄວາມຫມັ້ນຄົງດ້ານໂລຫະຂອງ Mo-Ni ໂລຫະປະສົມ S13Cr ແມ່ນສໍາຄັນໂດຍສະເພາະສໍາລັບຂະແຫນງການຕະຫຼາດທີ່ພົ້ນເດັ່ນຂື້ນໃນປີ 2025:

• ອາຍແກັສສົ້ມຂອງຊາອຸດີອາຣາເບຍ (ອ່າງ Jafurah):  ຄວາມແຮງຂອງຜົນຜະລິດ 110 ksi ແມ່ນຕ້ອງການເພື່ອທົນກັບຄວາມກົດດັນທີ່ສູງທີ່ສຸດຂອງການແຕກຫັກອອກຕາມລວງນອນ. ເຄມີທີ່ອຸດົມດ້ວຍ Mo ສະຫນອງ passivation ທີ່ຈໍາເປັນຕໍ່ກັບການສ້າງຕັ້ງຂອງນ້ໍາທີ່ມີເນື້ອໃນ chloride ສູງ.

• CCUS (Dense Phase Transport):  ໃນຂະນະທີ່ເຫຼັກກາກບອນແມ່ນມາດຕະຖານສໍາລັບ CO ແຫ້ງ ₂, 13Cr ທີ່ຖືກດັດແປງເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນ 'ຊັ້ນຄວາມປອດໄພ' ສໍາລັບນ້ໍາສີດ. ໃນການຂົນສົ່ງ CO ໄລຍະທີ່ຫນາແຫນ້ນ ₂ , ການເດີນທາງທີ່ມີເນື້ອໃນນ້ໍາ (> 50 ppm) ສາມາດສ້າງອາຊິດຄາບອນ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເຫຼັກກາກບອນ corrodes ຢ່າງໄວວາ. S13Cr-110 ສະເໜີນະໂຍບາຍປະກັນໄພທີ່ສຳຄັນຕໍ່ກັບການເກີດອາການຂາດນໍ້າ, ຮັບປະກັນຄວາມສົມບູນຂອງຊັບສິນໃນໄລຍະຮອບວຽນຊີວິດ 25 ປີ.