API 5CT класса L80 Тип 13Cr (обычно называемый «13Cr») является основным коррозионностойким сплавом (CRA), используемым в нефтегазовой промышленности. Это мартенситная нержавеющая сталь, предназначенная в первую очередь для уменьшения 2 коррозии CO (кислотной коррозии) в стволах скважин, где стандартная углеродистая сталь разрушается слишком быстро.
БЫСТРОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ: ТРУБА 13CR 13Cr (API 5CT L80-13Cr) представляет собой изделие OCTG из мартенситной нержавеющей стали, предназначенное для
2скважинных сред с высоким содержанием CO и температурой до 300°F (150°C), но оно строго ограничено
2парциальным давлением с низким содержанием HS (<1,5 фунтов на квадратный дюйм) и должно быть защищено от загрязнения кислородом во избежание точечной коррозии.
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ О ТРУБЕ 13CR
Почему на трубке из 13Cr наблюдается точечная коррозия, пока она еще находится на эстакаде?
13Cr не устойчив к ржавчине. В его основе лежит пассивная пленка оксида хрома, которая нестабильна во влажной, богатой хлоридами атмосфере (прибрежные хранилища). В отличие от углеродистой стали, которая образует общую ржавчину, 13Cr страдает от локализованной точечной коррозии при хранении без надлежащего внешнего покрытия или на открытых площадках. Питтинг, возникший во время хранения, может стать точкой концентрации напряжений, приводящей к растрескиванию в скважине.
Могу ли я выполнить стандартную кислотную обработку HCl через трубы для добычи 13Cr?
Не обошлось и без специальных ингибиторов коррозии высокого уровня, разработанных для металлургии. 13Cr очень чувствителен к кислотной коррозии, особенно при возврате отработанной кислоты. Если пакет ингибиторов выйдет из строя или отработанная кислота останется в стволе скважины в течение длительного периода времени, произойдет катастрофическая потеря массы и образование язв.
Требуются ли для 13Cr другие значения крутящего момента свинчивания, чем для углеродистой стали L80-1?
Да, но решающим фактором являются обороты, а не только крутящий момент. Мартенситные нержавеющие стали очень склонны к истиранию (адгезионному износу). Скорость свинчивания должна быть значительно снижена (часто <5–10 об/мин) по сравнению с углеродистой сталью, чтобы предотвратить заедание резьбы, и необходимо использовать специальные неметаллические резьбовые соединения, модифицированные API или премиум-класса.
Технические характеристики и ловушка жесткости
Чтобы гарантировать работоспособность L80-13Cr в полевых условиях, инженеры должны проверить соответствие требованиям API 5CT (производство) и NACE MR0175/ISO 15156 (применение). Между этими двумя стандартами существует критическое расхождение в отношении твердости.
Каковы пределы химического состава L80-13Cr? Предел
элемента
(мас. %)
Техническое значение
Хром (Cr)
12,0 – 14,0
Обеспечивает пассивность против CO2.
Углерод (С)
0,15 – 0,22
Более высокое содержание C, чем в Super 13Cr, облегчает закалку, но снижает свариваемость.
Никель (Ni)
≤ 0,50
Важно: отсутствие Ni снижает ударную вязкость и устойчивость к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) по сравнению с Super 13Cr.
Молибден (Мо)
-
Обычно отсутствует или остается следом; отсутствие Мо ограничивает устойчивость к питтинговой коррозии при высоком содержании хлоридов.
Вывод: отсутствие никеля и молибдена в стандартном 13Cr делает его химически отличным от «Супер 13Cr», что делает его значительно более уязвимым к локальной коррозии и кислой среде.
Каковы конфликты механических свойств?
недвижимости
к стоимости
Примечания
Предел текучести
80 000–95 000 фунтов на квадратный дюйм
Идентичен углеродистой стали L80-1.
API 5CT Макс. твердость
23 ПЧ
Предел браковки производства.
NACE MR0175 Максимальная твердость
22 HRС
Предел эксплуатационной безопасности для трассы HS 2.
Вывод: в заказах на поставку должно быть явно указано «Макс. 22 HRC согласно NACE MR0175», поскольку трубы, изготовленные по верхнему пределу API 5CT (23 HRC), не соответствуют требованиям для эксплуатации в кислых средах.
Почему разница в 1 HRC между API и NACE имеет решающее значение?
В мартенситных сталях склонность к сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) экспоненциально возрастает с увеличением твердости. Хотя 23HRC является приемлемым для чистой механической целостности, эмпирические данные подтверждают, что 13Cr, подвергающийся воздействию даже следов HS 2, становится склонным к хрупкому растрескиванию при температуре выше 22HRC.
Операционные диапазоны и ограничения
Каковы экологические пределы для 13Cr?
Согласно NACE MR0175/ISO 15156-3, L80 тип 13Cr допускается для использования только в пределах строгих экологических ограничений:
Температура: Обычно ограничивается значением < 300°F (150°C), чтобы избежать образования язв в рассолах с высоким содержанием хлоридов.
Кислород: < 10 частей на миллиард (строго деаэрированный).
Что произойдет, если растворенный кислород попадет в ствол скважины?
Кислород действует как деполяризатор, разрушающий пассивный слой оксида хрома. В присутствии хлоридов (рассол) это приводит к быстрой локализованной питтинговой коррозии, скорость которой может превышать 10 мм/год, что приводит к выходу из строя трубок в течение нескольких недель.
Когда труба из 13Cr — неправильный выбор
Несоблюдение металлургических ограничений стандарта 13Cr является основной причиной преждевременного ремонта. Не используйте этот материал, если:
HS 2> 1,5 фунтов на квадратный дюйм: стандартный 13Cr подвержен сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC). Обновите до Super 13Cr или Duplex.
Жидкость аэрирована: если вы не можете гарантировать бескислородную среду (например, некоторые водонагнетательные скважины или плохое управление пакерной жидкостью), 13Cr будет агрессивно образовывать питтинги. Может потребоваться труба с футеровкой или GRE.
Температура > 300°F (150°C): стабильность пассивной пленки ухудшается, увеличивая риск коррозионного растрескивания под напряжением (SCC) в концентрированных рассолах.
Кислотная обработка без специальных ингибиторов. При использовании стандартных кислотных пакетов трубки быстро разрушаются.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Могу ли я использовать L80-13Cr в кислой среде?
Только условно. Это разрешено в «слегка кислых» средах, где 2парциальное давление HS ниже 1,5 фунтов на квадратный дюйм (10 кПа), а pH выше 3,5. Если окружающая среда превышает эти конкретные пороговые значения, материал не соответствует требованиям NACE MR0175 и представляет высокий риск катастрофического растрескивания.
Будет ли корпус из 13Cr поврежден при сварке?
Да, почти наверняка. L80-13Cr имеет высокий углеродный эквивалент, что приводит к образованию неотпущенного хрупкого мартенсита в зоне термического влияния (ЗТВ) при охлаждении. Сварка в полевых условиях запрещена. Любые аксессуары (поплавковые манжеты, колодки) должны быть прикреплены посредством резьбовых соединений или требовать заводской сварки с тщательной послесварочной термообработкой (PWHT).
Какова альтернатива, если уровень H2S слишком высок для 13Cr?
Ближайшим шагом вперед является Super 13Cr (S13Cr) . S13Cr снижает содержание углерода и добавляет никель (около 4-6%) и молибден (1-2%). Такое химическое изменение стабилизирует микроструктуру и повышает устойчивость к HS 2(часто до 3,0–4,5 фунтов на квадратный дюйм, в зависимости от pH) и точечной коррозии без огромного скачка стоимости по сравнению с дуплексными нержавеющими сталями.
