L80 13Cr против Super 13Cr — руководство по сравнению и выбору марок OCTG

L80 13Cr и Super 13Cr — две наиболее распространенные коррозионностойкие марки OCTG, предназначенные для эксплуатации в скважинах с преобладанием CO₂. Они имеют 13%-ную основу из хрома и во многом аналогичны по области применения — оба используются там, где углеродистая сталь недопустимо корродирует в CO₂-содержащих добываемых жидкостях, и оба приемлемы для эксплуатации в умеренно кислой среде в соответствии с NACE MR0175. Но это принципиально разные материалы, регулируемые разными стандартами API, работающие при разных пределах текучести и температурных диапазонах, со значительно разными коррозионными характеристиками в сложных условиях, а неправильный выбор приводит либо к завышенным спецификациям и ненужным затратам, либо к коррозионным отказам в процессе эксплуатации, которые требуют раннего ремонта.

В этой статье рассматриваются все аспекты выбора между L80 13Cr и Super 13Cr — химический состав, механические свойства, пределы эксплуатации в условиях коррозии, температурные пределы, соответствие стандартам, требования к подключению, стоимость и практическая матрица выбора. ZC Steel Pipe производит оба сорта на нашем заводе в городе Хайань, имея опыт поставок в Африку, на Ближний Восток и в Южную Америку.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Краткий обзор — ключевые различия

2. Химия: чем они отличаются

3. Сравнение механических свойств

4. Пределы температуры и коррозии

5. NACE MR0175 / Кислое обслуживание

6. Стандарты и руководящие документы

7. Требования к подключению

8. Стоимость и наличие поставок

9. Матрица выбора: какая марка для какой скважины

10. Часто задаваемые вопросы

1. Краткий обзор — ключевые различия

2. Химия: чем они отличаются

Процент хрома практически одинаков в обоих сортах — настоящая химическая история — это содержание никеля и молибдена, которое определяет обозначение «супер».

Стандарт L80 13Cr был разработан для простоты производства и стандартизации API — относительно высокое содержание углерода (до 0,22%) позволяет производить его на обычных линиях OCTG из углеродистой стали с закалкой и отпуском, но создает значительную подверженность коррозии. Во время Q&T углерод осаждает карбиды хрома на границах зерен, истощая соседнюю матрицу хрома и создавая «сенсибилизированные» зоны, где пассивная пленка слаба. Вот почему стандартный 13Cr преимущественно образует ямки на границах зерен в средах с высоким содержанием хлоридов и теряет пассивную пленку при температуре выше 150°C.

Super 13Cr устраняет обе проблемы одновременно. Сверхнизкое содержание углерода (≤ 0,03%) предотвращает осаждение карбидов. Никель (~5%) стабилизирует микроструктуру мартенсита и повышает ударную вязкость без необходимости использования высокого содержания углерода. Молибден (~2%) повышает критический потенциал точечной коррозии и замедляет кинетику разрушения пассивной пленки, резко повышая устойчивость к хлоридам и расширяя температурный потолок примерно на 30°C в сопоставимых средах с CO₂.

Engineering Insight — разрыв между классами PREN

PREN (эквивалентное число стойкости к точечной коррозии) = %Cr + 3,3×%Mo + 16×%N. Для L80 13Cr: PREN ≈ 13 + 0 = 13. Для Super 13Cr с 2% Mo: PREN ≈ 13 + 6,6 = ~19,6. Эта разница примерно в 6,6 единиц PREN напрямую приводит к более высокой критической температуре питтинговой коррозии — порогу, при котором начинается локализованная коррозия. На практике при концентрации хлорида 50 000 мг/л и парциальном давлении CO₂ 3 МПа это отделяет «стабильную пассивную пленку» от «активной точечной коррозии» при рабочих температурах 130–160°C. Система PREN несовершенна для мартенситных сталей (она была разработана для аустенитной нержавеющей стали), но направление направления является надежным.

3. Сравнение механических свойств

Разница в пределе текучести — минимум 80 тысяч фунтов на квадратный дюйм для L80 13Cr по сравнению с 95 или 110 тысячами фунтов на квадратный дюйм для Super 13Cr — имеет прямое значение для конструкции обсадной колонны в более глубоких скважинах. Для эксплуатационных колонн НКТ в скважинах с ТВД более 3000 м более высокая устойчивость к разрыву и разрушению Super 13Cr позволяет использовать НКТ с более легкими стенками для достижения тех же расчетных коэффициентов безопасности, частично компенсируя надбавку к стоимости материала. В более мелких скважинах с более низким давлением это механическое преимущество не имеет значения — предел текучести 13Cr L80 более чем достаточен, а надбавку к стоимости Super 13Cr трудно оправдать без явного влияния коррозионной среды.

4. Пределы эксплуатации по температуре и коррозии.

Наиболее распространенным фактором выбора Super 13Cr вместо L80 13Cr является забойная температура (BHT) в скважине, содержащей CO₂. Переходная зона составляет примерно 130–150 ° C, ниже этой температуры обычно достаточно стандартного 13 Cr; выше этого значения скорость коррозии стандартного 13Cr обычно превышает 0,1 мм/год, а Super 13Cr является более оправданным стандартом.

Критическая инженерная точка: линия 150°C не является запасом прочности

Инженеры иногда рассматривают температурный потолок в 150°C для L80 13Cr как консервативный расчетный порог с неявным запасом прочности выше него. Это не. Стабильность пассивной пленки стандартного 13Cr в среде CO₂ резко ухудшается при температуре выше примерно 130–140 ° C, при этом скорость коррозии нелинейно возрастает с температурой. В скважине, работающей при температуре 155°C в среде CO₂ 3 МПа, 13Cr L80 будет корродировать — вопрос только в том, насколько быстро. Если экономика скважин требует длительного срока эксплуатации без вмешательства, пограничная BHT должна вызывать спецификацию Super 13Cr, а не ингибирование коррозии в качестве запасного варианта для материала, уже работающего на пределе своих возможностей.

5. NACE MR0175/Кислый сервис

И L80 13Cr, и Super 13Cr (только уровень 95 тысяч фунтов на квадратный дюйм) перечислены в NACE MR0175 / ISO 15156, таблица A.19, для использования в кислой среде с соблюдением одних и тех же ограничений окружающей среды: парциальное давление H₂S ≤ 1,5 фунтов на квадратный дюйм и pH ≥ 3,5. На этом уровне NACE не делает различий между этими двумя марками с точки зрения применимости для эксплуатации в кислой среде — оба приемлемы, а указание Super 13Cr исключительно для соответствия требованиям для эксплуатации в кислой среде (когда L80 13Cr уже соответствует требованиям NACE, а температура и хлоридная среда находятся в пределах его диапазона) не обеспечивает дополнительной защиты при эксплуатации в кислой среде и увеличивает ненужные затраты.

ОГРАНИЧЕНИЯ NACE MR0175 ДЛЯ ОБОИХ Сортов

И L80 13Cr, и Super 13Cr (95 тысяч фунтов на квадратный дюйм): парциальное давление H₂S ≤ 1,5 фунтов на квадратный дюйм (≤ 0,003 МПа) с pH на месте ≥ 3,5. Super 13Cr 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм: НЕ допускается для эксплуатации в кислой среде согласно действующему стандарту NACE MR0175/ISO 15156 — твердость превышает потолок для эксплуатации в кислой среде, установленный в Таблице A.19. H₂S выше 1,5 фунтов на квадратный дюйм: ни одна марка не подходит; Требуется дуплекс 22Cr или 25Cr или сплавы с более высоким CRA.

Практический смысл заключается в том, что триггером для Super 13Cr по сравнению с L80 13Cr почти никогда не является нарушение правил эксплуатации — это коррозионные характеристики CO₂ при повышенных температурах и/или концентрациях хлоридов. Это важнейшее отличие для инженеров-скважин, пишущих обоснование выбора материала: указание Super 13Cr «для работы в кислой среде» в среде, соответствующей требованиям NACE, технически избыточно. Правильным обоснованием спецификации является стойкость к коррозии CO₂ при определенной концентрации BHT и Cl⁻.

6. Стандарты и руководящие документы

Записка о закупках — Стандартный риск замещения

Заказ на поставку, оформленный на «L80 13Cr по API 5CT», по закону может быть заполнен L80 13Cr. Заказ на поставку, написанный для «Супер 13Cr по API 5CRA», не может быть заполнен L80 13Cr — регулирующие стандарты, химические и механические требования — это разные документы. Это кажется очевидным, но на практике, под давлением поставок, заводы иногда предлагают «эквивалентные 13Cr» замены, которые переходят от одного стандарта к другому. Любая замена материала в заказе на поставку, которая изменяет регулирующий стандарт с API 5CRA на API 5CT (или наоборот), требует формальной инженерной проверки и явного одобрения инженера по материалам оператора скважины. Никогда не принимайте это как рутинную коммерческую замену.

7. Требования к подключению

Обе марки имеют одну и ту же фундаментальную проблему: мартенситная нержавеющая сталь имеет значительно более высокую склонность к истиранию, чем углеродистая сталь во время свинчивания. Выбор резьбовой смазки и контроль частоты вращения имеют решающее значение для обоих случаев. Однако более высокий потолок твердости Super 13Cr (30–32 HRC по сравнению с 23 HRC для L80 13Cr) немного снижает, но не устраняет, риск истирания с точки зрения материала.

Информацию о предотвращении истирания и процедурах подпитки обоих классов см. Предотвращение истирания и кислородной точечной коррозии в трубках из 13Cr →  и Диагностика натертостей в макияже 13Cr и CRA →

8. Стоимость и доступность поставок

L80 13Cr — это товарная марка OCTG. Его производят практически все крупные заводы OCTG и многие региональные китайские заводы, и он имеет хорошую доступность при стандартных сроках поставки 6–10 недель для обычных размеров. Super 13Cr производится меньшим количеством заводов, с более жестким контролем производства и более высокой стоимостью сырья (никель и молибден в размере ~ 5% и ~ 2% соответственно добавляются непосредственно к стоимости основного материала). Типичное время поставки Super 13Cr на хорошо оборудованном заводе составляет 8–14 недель.

Решение о стоимости всегда должно формулироваться как вопрос экономики системы, а не как сравнение затрат на тонну материала. Один-единственный вышедший из строя антикоррозионный барьер, требующий капитального ремонта в глубокой морской скважине, стоит на порядки больше, чем дополнительные затраты на модернизацию с L80 13Cr до Super 13Cr на стадии проектирования. И наоборот, завышенные требования к Super 13Cr в неглубокой, низкотемпературной малосернистой скважине, где 13Cr L80 прослужит весь эксплуатационный срок, являются прямой тратой.

9. Матрица выбора: какая марка для какой скважины

Используйте приведенную ниже матрицу в качестве отправной точки. Все пограничные случаи должны быть проверены с помощью купонных испытаний на коррозию в репрезентативных условиях перед окончательным принятием окончательного класса.

Выбирайте L80 13Cr, когда…

• BHT ниже 130°C в сладком состоянии.

• Концентрация хлоридов ниже ~ 20 000 мг/л.

• H₂S находится в пределах NACE, температура низкая.

• Глубина и давление умеренные (меньшая механическая потребность)

• Ну, экономика чувствительна к затратам, а срок службы короткий.

• Требуется наличие товара и короткие сроки выполнения заказа.

Выбирайте Super 13Cr, когда…

• BHT превышает 150°C при производстве сладостей, содержащих CO₂

• Концентрация хлоридов варьируется от умеренной до высокой (> 20 000 мг/л).

• BHT составляет 130–150°C, а данные по коррозии подтверждают неадекватность L80 13Cr.

• Более высокий предел текучести необходим для проектирования разрушения или разрыва на глубине.

• Требуется длительный производственный срок без капитального ремонта.

• Well находится на границе сладкого/кислого при высоком BHT (требуется уровень 95 тысяч фунтов на квадратный дюйм).

10. Часто задаваемые вопросы

В чем основная разница между L80 13Cr и Super 13Cr?

Основными отличиями являются добавки никеля и молибдена в Super 13Cr (~5 % Ni, ~2 % Mo по сравнению с ≤ 0,5 % Ni и ≤ 0,25 % Mo в L80 13Cr) и, как следствие, улучшение предела текучести (95–125 тыс. фунтов на квадратный дюйм против 80–95 тыс. фунтов на квадратный дюйм), температурного потолка (~ 180 ° C против ~ 150 ° C при работе с сладким CO₂) и стойкости к хлоридной точечной коррозии (PREN). ~20 против ~13). Они также регулируются различными стандартами API: API 5CRA/ISO 13680 для Super 13Cr и API 5CT для L80 13Cr.

Могу ли я заменить L80 13Cr на Super 13Cr в заказе на поставку?

Нет. Это разные материалы, соответствующие разным стандартам, с разными механическими и коррозионными характеристиками. Любая замена материала, указанного 5CRA, на материал 5CT требует официальной инженерной проверки и явного одобрения инженера по материалам оператора скважины. Эти два сорта занимают разные позиции в пространстве коррозионной среды — замена L80 13Cr, для которого был разработан Super 13Cr, создает материал, который может не выдержать среду скважины.

Super 13Cr лучше подходит для кислых продуктов, чем L80 13Cr?

Не имеет смысла — обе марки регулируются одними и теми же пределами NACE MR0175 / ISO 15156, таблица A.19 (H₂S ≤ 1,5 фунтов на квадратный дюйм, pH ≥ 3,5) в условиях 95 тысяч фунтов на квадратный дюйм. NACE не дает более высоких допусков к эксплуатации в кислой среде для Super 13Cr по сравнению с L80 13Cr в этом диапазоне. Преимущество Super 13Cr заключается в стойкости к коррозии CO₂ при более высоких температурах и концентрациях хлоридов, а не в пределах кислой среды.

При какой температуре L80 13Cr становится недостаточно?

Переходная зона составляет 130–150°C по температуре BHT при работе с малосернистым CO₂. При температуре ниже 130°C с низким содержанием хлоридов обычно достаточно L80 13Cr. При температуре 130–150°C перед применением L80 13Cr следует провести купонные испытания на коррозию в репрезентативных условиях. При температуре выше 150°C в любой среде, содержащей CO₂, исходным предположением должен быть Super 13Cr.

Насколько дороже Super 13Cr, чем L80 13Cr?

Примерно на 25–40% больше на тонну того же размера и веса, что обусловлено, главным образом, затратами на легирование никелем и молибденом и более контролируемыми производственными требованиями API 5CRA. Super 13Cr обычно на 40–60 % дешевле, чем дуплексная нержавеющая сталь 22Cr того же размера, что делает ее экономически оптимальным выбором для промежуточного диапазона степени серьезности коррозии между стандартным 13Cr и дуплексной рабочей средой.

Поставьте L80 13Cr или Super 13Cr для вашей скважины

ZC Steel Pipe производит трубы и обсадные трубы OCTG API 5CT L80 13Cr и API 5CRA Super 13Cr на своем заводе в городе Хайань, Китай. L80 13Cr доступен как товарный сорт с коротким сроком поставки; Super 13Cr, уровни текучести 95 и 110 тыс. фунтов на квадратный дюйм, все стандартные размеры, с соединениями премиум-класса, включая наше запатентованное газонепроницаемое соединение ZC-2. Полная документация MTC, сторонние проверки и записи о термообработке каждого заказа.

Не уверены, какой класс подходит для вашей скважины? Отправьте нам данные вашего резервуара — парциальное давление CO₂, BHT, уровень хлоридов, H₂S — и наша техническая команда подтвердит правильную спецификацию.

→ Запросить цену

Свяжитесь с Мэнди: Мэнди. w@zcsteelpipe.com   | Ватсап: +86-139-1579-1813

Связанный: Страница продукта «Обсадные и насосно-компрессорные трубы   » ·  L80 13Cr Подробный обзор металлургии →   ·  Руководство по корпусу API 5CT L80 →   ·  NACE MR0175 Уловитель твердости →   ·  Преимущества хромированных трубок из 13Cr →