Трубы и кожухи OCTG Super 13Cr — характеристики, марки и руководство поставщика

Super 13Cr (S13Cr) — это марка закаленной и отпущенной мартенситной нержавеющей стали для нефтеперерабатывающих труб (OCTG), разработанная для скважин, где стандартная углеродистая сталь подвергается коррозии — в первую очередь месторождений с высоким содержанием CO₂, глубоких газоконденсатных скважин и заканчиваний, где температура пласта или содержание хлоридов превышают то, с чем может справиться стандарт API 5CT L80 13Cr. Его номинальный химический состав: 13 % хрома, 5 % никеля и 2 % молибдена (обозначение 13-5-2 в соответствии с API 5CRA/ISO 13680) обеспечивает предел текучести от 95 до 125 фунтов на квадратный дюйм, потолок рабочей температуры, приближающийся к 180 °C, и заметно улучшенную стойкость к хлоридной точечной коррозии по сравнению с обычным 13Cr — примерно за половину стоимости материала дуплекса или супердуплекса. сплавы.

ZC Steel Pipe производит и экспортирует трубы и обсадные трубы из Super 13Cr в бесшовной форме с нашего завода в городе Хайань, соответствующие API 5CRA / ISO 13680, группа 1, категория 13-5-2, с полной документацией MTC, сторонней инспекцией и соединительной резьбой премиум-класса, доступной по заказу. Мы поставляем устойчивые к коррозии OCTG операторам нефтегазовой отрасли в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Что такое супер-13Cr?

2. Химический состав и металлургия

3. Механические свойства по классам

4. Конверт службы защиты от коррозии

5. Размеры, вес и соединения

6. Стандарты и соответствие

7. Супер 13Cr против стандартного 13Cr против модифицированного 13Cr

8. Вопросы закупок

9. Часто задаваемые вопросы

1. Что такое супер-13Cr?

Super 13Cr — это модифицированная мартенситная нержавеющая сталь, разработанная для устранения разрыва в характеристиках между стандартным API 5CT L80 13Cr и полностью аустенитными коррозионностойкими сплавами (дуплексными и супердуплексными). Обозначение «супер» не является единым стандартизированным названием марки — оно относится к семейству сплавов с содержанием 13% хрома с дополнительными никелем и молибденом, классифицированных по API 5CRA / ISO 13680 как группа 1, категория материалов 13-5-2 (13% Cr, ~5% Ni, ~2% Mo).

СТАНДАРТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ — SUPER 13CR / API 5CRA ГРУППА 1 КАТ. 13-5-2

API 5CRA (Спецификация на бесшовные трубы из коррозионностойких сплавов для использования в качестве обсадных труб, труб и соединительных деталей) / ISO 13680 регулирует OCTG Super 13Cr. Группа 1 включает мартенситные и дисперсионно-твердеющие нержавеющие стали. Категория 13-5-2 определяет примерный диапазон состава: 12–14 % Cr, 4–6 % Ni, 1,5–3 % Mo, углерод ≤ 0,03 %. Обозначение UNS S41426. Это отличается от стандартного API 5CT L80 13Cr (UNS S42000, 12–14% Cr, незначительное количество Ni/Mo, углерод ≤ 0,22%).

Добавление никеля стабилизирует микроструктуру мартенсита и подавляет остаточный аустенит, который может снизить ударную вязкость, а молибден значительно повышает устойчивость к локализованной питтинговой коррозии — доминирующему виду разрушения стандартного 13Cr в пластовых водах с высоким содержанием хлоридов. В совокупности эти дополнения позволяют использовать Super 13Cr в скважинах, где стандартный 13Cr выходит из строя преждевременно, без увеличения стоимости и сложности поставок дуплекса 22Cr или 25Cr.

2. Химический состав и металлургия

Низкое содержание углерода (≤ 0,03%) в Super 13Cr является критическим металлургическим отличием от стандартного 13Cr L80. Высокое содержание углерода в стандартном 13Cr способствует осаждению карбида хрома на границах зерен во время термообработки, истощая хром из окружающей матрицы и создавая сенсибилизированные зоны, которые преимущественно подвергаются воздействию CO₂ и хлоридной среды. Сверхнизкое содержание углерода в Super 13Cr позволяет избежать этого механизма сенсибилизации, в то время как добавленные Ni и Mo независимо обеспечивают защиту от коррозии.

Инженерное понимание — почему Mo контролирует сопротивление точечной коррозии

Устойчивость к питтинговой коррозии нержавеющих сталей количественно определяется PREN (эквивалентное число питтинговой устойчивости): PREN = %Cr + 3,3×%Mo + 16×%N. Для стандартного 13Cr L80: PREN ≈ 13. Для Super 13Cr с 2% Mo: PREN ≈ 13 + 6,6 = ~19,6. Добавление молибдена примерно удваивает показатель устойчивости к точечной коррозии. Вот почему Super 13Cr сохраняет свою пассивную пленку в пластовых водах с концентрацией хлорида более 50 000 мг/л, где стандартный 13Cr быстро разрушается.

3. Механические свойства по классам марок

Super 13Cr коммерчески доступен с двумя основными уровнями предела текучести в соответствии с API 5CRA / ISO 13680, обычно обозначаемыми 95 тысячами фунтов на квадратный дюйм и 110 тысячами фунтов на квадратный дюйм (иногда 125 тысяч фунтов на квадратный дюйм для специальных применений в глубоких скважинах). Уровень 95 тысяч фунтов на квадратный дюйм является приемлемым для эксплуатации в кислой среде согласно NACE MR0175; уровень 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм используется в скважинах с малосернистым газом HPHT, где преобладает коррозия CO₂, но H₂S отсутствует или незначителен.

S13Cr — уровень 95 тысяч фунтов на квадратный дюйм

Минимальный предел текучести:  95 фунтов на квадратный дюйм (655 МПа).

Максимальный предел текучести:  110 фунтов на квадратный дюйм (758 МПа).

Минимальная прочность на разрыв:  110 фунтов на квадратный дюйм (758 МПа).

Макс. твердость:  30 HRC.

Серокислая среда (NACE):  Приемлемо (H₂S ≤ 1,5 фунтов на квадратный дюйм).

Потолок температуры:  ~150°С (сладкий); ограниченная кислинка

Стандарт:  API 5CRA/ISO 13680 гр. 1

S13Cr — уровень 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм

Минимальный предел текучести:  110 фунтов на квадратный дюйм (758 МПа).

Максимальный предел текучести:  125 фунтов на квадратный дюйм (862 МПа).

Минимальная прочность на разрыв:  125 фунтов на квадратный дюйм (862 МПа).

Макс. твердость:  32 HRC.

Кислый сервис (NACE):  рекомендуется только сладкий сервис.

Потолок температуры:  ~180°C (сладкое, CO₂)

Стандарт:  API 5CRA/ISO 13680 гр. 1

L80 13Cr (базовый уровень сравнения)

Минимальный предел текучести:  80 фунтов на квадратный дюйм (552 МПа).

Максимальный предел текучести:  95 тысяч фунтов на квадратный дюйм (655 МПа).

Минимальная прочность на разрыв:  95 фунтов на квадратный дюйм (655 МПа)

Макс. твердость:  23 HRC.

Серокислая среда (NACE):  Приемлемо (H₂S ≤ 1,5 фунтов на квадратный дюйм).

Потолок температуры:  ~150°C (сладкий)

Стандарт:  API 5CT/ISO 11960.

Примечание о закупке — выбор уровня 95 тыс. фунтов на квадратный дюйм против 110 тыс. фунтов на квадратный дюйм

Уровень 95 тысяч фунтов на квадратный дюйм используется по умолчанию для любой скважины, в пласте которой присутствуют даже следы H₂S. Уровень 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм предназначен исключительно для скважин с малосернистым газом (только CO₂), где глубина или температура требуют более высоких механических характеристик. Указание давления 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм в скважине с H₂S — даже при парциальном давлении ниже порога NACE — создает неконтролируемый риск сульфидного растрескивания под напряжением, поскольку условие более высокой прочности находится выше потолка твердости NACE MR0175 для приемки кислых условий эксплуатации в Таблице A.19.

4. Пакет услуг по борьбе с коррозией

Понимание того, где Super 13Cr работает, а где нет, является центральным решением при закупках. Материал предназначен для определенного окна в пространстве коррозионной среды, и работа за пределами этого окна приводит к предсказуемым отказам.

Критическая инженерная точка: порог содержания хлоридов не является жесткой границей

Приведенные выше пределы содержания хлоридов являются ориентировочными. На практике риск точечной коррозии в Super 13Cr является функцией совокупного взаимодействия концентрации Cl⁻, парциального давления CO₂, температуры и скорости потока. Высокоскоростной поток помогает поддерживать пассивную пленку; Застойные условия и геометрия щелей (под отложениями, под резьбовой смазкой, внутри муфт) резко снижают допустимый уровень хлоридов. Скважина, которая в статических условиях соответствует техническим требованиям, может быстро начать образовывать ямки, если поток будет прерван. В пограничных случаях единственным надежным подходом является купонное испытание на коррозию в репрезентативных скважинных условиях.

Улучшенные характеристики Super 13Cr по сравнению со стандартным 13Cr в хлоридсодержащих средах напрямую связаны с добавкой молибдена, который повышает критическую температуру питтинговой коррозии и замедляет кинетику пассивного разрушения пленки. Лабораторные испытания на крупных заводах OCTG показывают сохранение коррозионной стойкости при температурах до 180°C в средах с содержанием 5% NaCl + 3,0 МПа CO₂ — условиях, когда скорость коррозии стандартного L80-13Cr обычно превышает 0,1 мм/год при температурах выше 130–150°C.

5. Размеры, вес и соединения

Стандартные размеры трубок

Super 13Cr преимущественно используется в эксплуатационных насосно-компрессорных трубах, где коррозионная среда наиболее жесткая (прямой контакт с добываемыми жидкостями). Стандартные размеры трубок по API 5CRA/ISO 13680:

Размеры корпуса

Обсадная колонна из сплава Super 13Cr встречается реже, чем НКТ, но предназначена для обсадных колонн и секций эксплуатационной колонны в сильнокоррозионных скважинах. Доступность труб диаметром выше 9⅝ дюйма ограничена из-за производственных ограничений на выпуск высоколегированных бесшовных труб большого диаметра.

Требования к подключению

Super 13Cr имеет значительно более высокую склонность к истиранию, чем OCTG из углеродистой стали, что делает выбор соединения и процедуру свинчивания критически важными. Пассивная пленка оксида хрома, обеспечивающая коррозионную стойкость, также более твердая и хрупкая, чем металлическая поверхность углеродистой стали, что создает ситуацию, когда контакт резьбы с резьбой во время свинчивания может вызвать почти мгновенное истирание, если конструкция соединения, контроль крутящего момента или смазка резьбы неверны.

Полевая заметка — выбор соединения и резьбовой смеси для Super 13Cr

Три правила предотвращения истирания при использовании Super 13Cr: (1) Всегда используйте соединения премиум-класса с уплотнением металл-металл и определенным уступом — контролируемая геометрия свинчивания предотвращает контакт резьбы до зацепления уплотнения. (2) Никогда не используйте резьбовую смазку API на основе цинка для 13Cr или Super 13Cr — соединения цинка могут вызвать цинковое охрупчивание. Используйте специальные составы на основе ПТФЭ, никеля или меди. (3) Необходимо контролировать скорость свинчивания — стандартное правило BTC < 15 об/мин еще более строго применяется к сплавам серии 13Cr. Высокие обороты выделяют тепло, которое разрушает защитную пленку и вызывает немедленное истирание.

6. Стандарты и соответствие

Super 13Cr выходит за рамки стандарта API 5CT, который распространяется только на стандартные углеродистые и низколегированные OCTG, включая L80 13Cr. Правильными руководящими документами являются:

Engineering Insight — API 5CT против API 5CRA: почему различие важно для закупок

Многие заказы на поставку «трубок из 13Cr» неправильно записаны в соответствии с API 5CT, когда на самом деле предназначен Super 13Cr — или, что еще хуже, продукт API 5CT L80 с 13Cr заменяется, когда в конструкции скважины была заложена марка Super 13Cr (5CRA). Эти два материала имеют общее процентное содержание хрома, но принципиально различаются с точки зрения предела текучести, коррозионных характеристик и применимости в кислой среде. Всегда четко указывайте в заказе на поставку руководящий стандарт (API 5CRA / ISO 13680), группу и категорию (группа 1, 13-5-2), а также уровень текучести (95 или 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм) — никогда не полагайтесь только на сокращенное обозначение «Super 13Cr».

7. Супер-13Cr против стандартного 13Cr против модифицированного 13Cr

Семейство 13Cr включает три отдельных уровня, которые часто путают в закупочной и конструкторской документации. В таблице ниже приведены границы практических решений.

Уровень модифицированного 13Cr (иногда обозначаемый 13CrM, 13-4-1 или под торговыми названиями, такими как 13CrM от Vallourec) занимает среднюю точку — он лучше, чем стандартный 13Cr, но содержит немного меньше Ni и Mo, чем полный Super 13Cr. Часто это оптимальный выбор, когда температура в скважине превышает 150°C, но более высокую стоимость Super 13Cr трудно оправдать без данных по коррозии, подтверждающих необходимость. Для сравнения со следующим уровнем см. Super 13Cr против Duplex 2205 →

8. Вопросы закупок

Время выполнения заказа и поиск поставщиков

Super 13Cr производится меньшим количеством заводов, чем стандартные марки OCTG, и большинство крупных производителей (Vallourec, Nippon Steel, TMK, Tenaris) поставляют его под собственными торговыми обозначениями (Vallourec 13CrM/13CrS, Nippon Steel SM13CRS, Tenaris TenarisHydra). Китайские заводы, в том числе ZC Steel Pipe, производят сталь Super 13Cr в соответствии со спецификациями API 5CRA для проектов, требующих конкурентоспособных цен и полной документации. Время выполнения заказа обычно составляет 8–14 недель по сравнению с 4–8 неделями для стандартных угольных труб OCTG — соответственно планируйте в графиках скважин.

Требования к документации

Полный пакет заказа на Super 13Cr должен включать в себя: действующий стандарт и версию (API 5CRA / ISO 13680), обозначение класса (Группа 1, Категория 13-5-2), уровень текучести (95 или 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм), размерные характеристики (наружный диаметр, номинальный вес), тип соединения (премиум — государственное сертифицированное название соединения и квалификационный уровень API 5C5), торцевую отделку, уровень PSL, требования MTC (термохимический анализ, растяжение, твердость, удар, гидростатические испытания) и объем проверки третьей стороной.

Примечание о закупке — проверка записей о термообработке

Коррозионные и механические характеристики Super 13Cr полностью зависят от правильной термообработки закалки и отпуска. Типичный цикл — отжиг на раствор при 950–1050°С с последующей закалкой и отпуском при 600–700°С. Труба, подвергшаяся недостаточному отпуску, покажет приемлемую твердость по MTC, но будет иметь пониженную ударную вязкость и более высокую склонность к сульфидному растрескиванию под напряжением. Всегда запрашивайте фактические записи о термообработке (журналы температуры печи, время при температуре, закалочную среду) в качестве отдельного отчета MTC, а не только результаты испытаний на твердость.

Обращение и хранение

Трубки из Super 13Cr требуют более осторожного обращения, чем трубы OCTG из углеродистой стали. Защитные приспособления для резьбы должны содержаться в чистоте и на месте. Пассивная пленка оксида хрома восстанавливается после механического повреждения, но хранение в средах со стоячей водой, контактом с почвой или контактом с разнородными металлами (например, стеллажи из углеродистой стали без защитного покрытия) может вызвать щелевую коррозию под защитными устройствами в течение длительного периода хранения. При длительном простое (> 3 месяцев) осмотрите и повторно нанесите на протекторы резьбы свежий состав при получении.

Полные инструкции по обращению и предотвращению сбоев см. Полевые работы: предотвращение истирания и кислородной точечной коррозии в трубках из 13Cr →

9. Часто задаваемые вопросы

Что такое OCTG Super 13Cr?

Super 13Cr (S13Cr) — это закаленная и отпущенная мартенситная нержавеющая сталь OCTG с номинальным составом 13 % хрома, 5 % никеля и 2 % молибдена. Соответствует API 5CRA / ISO 13680 как группа 1, категория 13-5-2, он обеспечивает предел текучести от 95 до 125 фунтов на квадратный дюйм, стойкость к коррозии CO₂ примерно до 180 ° C и улучшенную стойкость к хлоридной точечной коррозии по сравнению со стандартным API 5CT L80 13Cr — при более низкой стоимости, чем дуплексные или супердуплексные сплавы.

В чем разница между 13Cr и Super 13Cr?

Стандартный 13Cr (L80 13Cr в соответствии с API 5CT) имеет простой химический состав с содержанием Cr 13%, предел текучести 80–95 тысяч фунтов на квадратный дюйм и потолок рабочей температуры около 150°C. В Super 13Cr добавляются ~5% Ni и ~2% Mo (состав 13-5-2), что повышает выход продукции до 95–125 тысяч фунтов на квадратный дюйм, улучшает стойкость к коррозии CO₂ до ~180 °C и значительно увеличивает устойчивость к хлоридной точечной коррозии. Регулирующий стандарт также отличается: API 5CRA/ISO 13680 применяется к Super 13Cr, а не к API 5CT.

Какой предел H₂S применяется к Super 13Cr?

В таблице A.19 NACE MR0175 / ISO 15156 указано парциальное давление H₂S ≤ 1,5 фунтов на квадратный дюйм при pH ≥ 3,5 для Super 13Cr (UNS S41426) в условиях текучести 95 фунтов на квадратный дюйм. Уровень 110 тысяч фунтов на квадратный дюйм не считается приемлемым для эксплуатации в кислых средах в соответствии с действующими рекомендациями NACE. Super 13Cr не подходит для скважин с содержанием H₂S выше порога NACE — вместо него требуется дуплекс 22Cr или 25Cr или более высокие марки CRA.

Каких размеров доступны трубки Super 13Cr?

Чаще всего это 2⅜', 2⅞', 3½', 4', 4½' и 5½' наружный диаметр, при этом преобладающими размерами эксплуатационных НКТ являются 3½' и 4½'. Обсадная колонна Super 13Cr имеет внешний диаметр от 4½ дюйма до 9⅝ дюйма, хотя доступность труб диаметром более 7 дюймов более ограничена. Все стандартные массы труб (номинальные фунты/футы) по API 5CRA доступны в компании ZC Steel Pipe по индивидуальному заказу.

Можно ли использовать Super 13Cr в операциях кислотной обработки?

Нет, не без полной квалификации ингибитора коррозии. Как стандартный 13Cr, так и Super 13Cr быстро корродируют в средах стимуляции соляной кислотой. Пропускание чистого HCl через колонну из Super 13Cr приведет к катастрофическим потерям материала в стволе трубы. Если требуется кислотная стимуляция, запатентованный ингибитор коррозии должен быть сертифицирован для конкретной запланированной концентрации кислоты, температуры и времени контакта, а закачка ингибитора должна быть подтверждена до того, как кислота попадет в колонну.

Какие соединения используются с трубками Super 13Cr?

Уплотнительные соединения «металл-металл» премиум-класса являются отраслевым стандартом для Super 13Cr в большинстве случаев применения. Склонность мартенситной нержавеющей стали к истиранию резьбовых форм API делает стандартные соединения EUE/NUE опасными для газовых скважин и эксплуатации HPHT. Требуются соединения премиум-класса с определенным уступом свинчивания, контролируемой геометрией резьбы и совместимостью с резьбовой смазкой на основе ПТФЭ или никеля. Газонепроницаемое соединение премиум-класса ZC Steel Pipe компании ZC Steel Pipe сертифицировано для использования с трубами из Super 13Cr в соответствии с API 5C5 CAL IV.

Поставка OCTG Super 13Cr для вашего следующего проекта

Компания ZC Steel Pipe производит трубы и обсадные трубы из сплава Super 13Cr в соответствии с API 5CRA / ISO 13680, группа 1, категория 13-5-2, на нашем заводе в городе Хайань. Мы поставляем изделия с пределом текучести 95 и 110 фунтов на квадратный дюйм всех стандартных размеров от 2⅜ дюйма до 9⅝ дюйма, с соединениями премиум-класса, включая наше запатентованное газонепроницаемое соединение ZC-2. Полная документация MTC, сторонние проверки, отчеты о проверке размеров и записи о термообработке доступны для каждого заказа.

Активные поставки на нефтегазовые проекты в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке. Конкурентоспособные сроки выполнения заказов и цены по сравнению с западными сортами проката.

→ Запросить цену

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

Связанный: Страница продукта «Обсадные и насосно-компрессорные трубы   » ·  Премиум-соединения   ·  L80 13Cr Подробный обзор металлургии →   ·  Руководство по корпусу API 5CT L80 →