Сталь 13Cr в нефтегазовой промышленности
В большинстве условий, когда парциальное давление CO2 превышает 30psi, углеродистые стали подвергаются высокой скорости коррозии. Стали, легированные хромом (Cr), молибденом (Mo) и никелем (Ni), способны эффективно противостоять коррозии. Трубы OCTG из стали 13Cr с 13% хрома (13Cr) являются наименее дорогими трубами из коррозионно-стойкого сплава (CRA), которые могут использоваться для борьбы с коррозией C02 и экологическим растрескиванием H2S без обработки ингибиторами. Эти трубы из нержавеющей стали стоят всего в два раза дешевле дуплексной нержавеющей стали и на одну четвертую - одну десятую дешевле высоконикелевых материалов CRA. Использование труб OCTG из стали 13Cr также может быть менее дорогостоящим и более экономически эффективным, чем использование углеродистой/низколегированной стали с ингибированием. Трубы OCTG из стали 13Cr особенно привлекательны для применения в морских производственных операциях, где рабочее пространство ограничено, а затраты на переработку высоки. Трубы, изготовленные из 13% Cr, широко используются в Северной Америке, Северном море, Мексиканском заливе и на Северном склоне Аляски.
Сталь 13Cr подвержена коррозии при высокой температуре, сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) в средах с умеренным и высоким содержанием H2S и щелевой коррозии. Поэтому применение труб OCTG из стали 13Cr требует мер предосторожности при проектировании, закупке, транспортировке, хранении и эксплуатации труб.
Из всех коррозионно-стойких сплавов (CRA), используемых в нефтегазовых разработках, мартенситные нержавеющие стали (MSS) являются одними из самых распространенных. Эти стали не только обладают преимуществами обычных сталей: высокая прочность, экономичность, простота производства, доступность в широком разнообразии форм изделий, но и имеют хорошую коррозионную стойкость CO2 при высоких температурах благодаря минимальному содержанию хрома 11%. Одним из наиболее распространенных типов MSS, используемых в нефтегазовой промышленности, является 13% хромистая сталь. Стандарты NACE и API содержат несколько разновидностей 13-хромовых сталей для использования в нефтегазовых проектах.
Все 13-хромовые стали содержат от 12 до 14% хрома и другие незначительные легирующие добавки и могут быть разделены на две общие группы: обычные и модифицированные. Обычные 13-хромовые стали (13Cr) - это стали, наиболее распространенные в нефтегазовой отрасли, некоторые из них - CA6NM (UNS J91150), AISI 410 (UNS S41000) и AISI 420 (UNS S42000). Эти сплавы обладают превосходной коррозионной стойкостью по сравнению с углеродистыми сталями до температуры около 300F (150C) и используются для различных устьевых, трубных и скважинных компонентов, но они имеют очень ограниченную стойкость к растрескиванию в H2S. Модифицированные стали 13Cr (M13Cr) появились в результате необходимости повышения коррозионной стойкости при более высоких температурах, повышения стойкости к растрескиванию в H2S и повышения предела текучести выше 85 кси (586 МПа) в основном для трубных изделий и другого скважинного оборудования. Они были разработаны путем взятия 13Cr и добавления никеля (Ni), молибдена (Mo), меди (Cu) и других легирующих элементов. M13Cr обеспечивает лучшую коррозионную стойкость, чем 13Cr, при температуре до 350F (177C), предел текучести до 110 ksi (758 МПа) и улучшенное сопротивление растрескиванию H2S.
13 хромистые стали имеют свои ограничения. Как уже говорилось, они чувствительны к растрескиванию в средах, содержащих H2S, но они также чувствительны к растрескиванию при очень низких значениях pH. Практика NACE ограничивает твердость и термообработку многих 13-хромовых сталей и устанавливает экологические ограничения для предотвращения сульфидного растрескивания под напряжением (SSC). Экологические ограничения требуют, чтобы парциальное давление H2S, концентрация хлоридов и pH учитывались при определении приемлемости использования 13-хромовой стали. Парциальное давление H2S становится более интересным вопросом в скважинах с высоким давлением и высокой температурой (HP/HT). При ожидаемом высоком пластовом давлении для превышения экологических ограничений NACE требуется всего несколько ppm H2S. Кроме того, 13-хромовые стали подвержены растрескиванию под воздействием окружающей среды, если pH падает до уровня значительно ниже 3,5 или очень быстро без присутствия H2S.
Еще одним ограничением для сталей 13Cr является питтинг. Когда эти стали подвергаются воздействию кислородсодержащих жидкостей, ямы образуются быстро, и поверхность в этих местах не сможет повторно пассивироваться. При достаточном времени ямки могут перерасти в серьезные трещины или стать выраженной локализованной коррозией, и сталь перестанет быть устойчивой к коррозии в этих местах. Кислородосодержащие жидкости могут быть такими доброкачественными, как конденсат на стали или дождевая вода, и они будут вызывать точечную коррозию, если их легко не высушить.
Выбор стали 13Cr или M13Cr может быть сложным в зависимости от условий эксплуатации. Определено несколько важных условий окружающей среды, которые следует учитывать при выборе стали 13Cr для использования в нефтегазовой отрасли: раскисление и обратный поток кислоты, текущая производственная среда и условия остановки. В каждом из этих условий окружающей среды присутствуют различные факторы, определяющие целесообразность использования MSS, какие сплавы следует рассматривать и как выбранные сплавы могут быть дополнительно оценены в случае необходимости. 13Cr и M13Cr очень выгодны для нефтегазовой отрасли благодаря своей стоимости, прочности, коррозионной стойкости и доступности, и останутся выгодными в обозримом будущем.
