目前13Cr系马氏体不锈钢在国内已基本实现了国产化,部分替代了进口产品。由于双相不锈钢和镍基合金的合金元素含量较大、制造成本较高,中国钢管企业可在普通13Cr的现有经验和技术积累基础上,通过实验室的合金化研究,不断改进冶炼、轧管和热处理工艺技术,开发出具有优异综合性能的高铬马氏体不锈钢油套管。
其实物性能高于API L80-13Cr,适用牙含高CO2、不含H2S的井下环境使用,已在中石化华东分公司下井成功。此外,为了满足含有CO2、H2S和Cl-的更严苛高温环境,天津钢管还开发了具有良好耐蚀性、且强度更高的超级13Cr马氏体不锈钢油套管即TP-HP-13Cr和TP-SUP-13Cr
在含有二氧化碳的油气田开发中,含铬的不锈钢表现出优良的抗腐蚀性能,随铬含量增大,合金的腐蚀速率降低。一般含铬量达到12%时,其耐蚀性已经非常好,但有氯化物存在的情况下,会发生点蚀和间隙腐蚀
L80-13cr是一种2Cr13的马氏体不锈钢,用于耐腐蚀的环境。此类钢管一般用在超市,一定浓度的CO2及在小于150度以下,在此条件下13cr-L80钢管有良好的耐腐蚀性。由于目前石油行业发展趋势为深井及超深井,管材的使用条件十分恶劣,普通材料的管材不能满足,从而使l80-13cr系列耐腐蚀有尽管有很好的发展预期
Co2腐蚀是一种典型的电化学腐蚀
Co2服饰类型为 点、藓状、台地腐蚀为主的局部腐蚀特征,腐蚀速度快
导致油套管产生腐蚀的主要原因是油田拌生气中高的CO2含量、铁离子含量、低PH值及井中高温,高压流体的冲刷形成了腐蚀的环境
目前国际上抗CO2腐蚀的石油套管成熟产品主要是TP80 3CR/TP80 9CR L80 13CR马氏体 不锈钢 22-25CR双相不锈钢高合金品种,油井石油套管的选择应该结合油气井的实际工况条件特别是 井况的矿化度、温度、分压、流速、CO2/H2S等腐蚀气体含量因素考虑选择,TP80 3CR/TP80 9CR L80 13CR
非API 13Cr系马氏体不锈钢油套管的开发背景
研究表明,对于含CO2的油气井,应采用13Cr马氏体不锈钢;对于H2S和CO2共存情况,必须采用超级13Cr马氏体不锈钢、22Cr-25Cr双相不锈钢甚至是镍基耐蚀合金才能满足需求。Cr是防止CO2腐蚀有效的元素,能迅速在金属表面形成致密而极薄的Cr2O3钝化膜,随着Cr含量的增加,耐CO2腐蚀效果增强。CO2分压是影响腐蚀速率的主要因素,CO2腐蚀率随着CO2分压的增加而加快(图1)。在工程上,一般把CO2分压为0.02MPa确定为发生CO2腐蚀的临界值。油井温度一般随井深的增加而升高,在多数情况下,CO2分压的增加和温度的升高是同步的。