CN1302143C - 抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢 - Google Patents
抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1302143C CN1302143C CNB2004100255863A CN200410025586A CN1302143C CN 1302143 C CN1302143 C CN 1302143C CN B2004100255863 A CNB2004100255863 A CN B2004100255863A CN 200410025586 A CN200410025586 A CN 200410025586A CN 1302143 C CN1302143 C CN 1302143C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- steel
- corrosion
- resisting
- carbon dioxide
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
本发明涉及一种石油钻杆用钢，特别涉及一种含有湿润二氧化碳、氯离子、硫酸盐等复合腐蚀环境条件下的抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢。解决了现有钻杆用钢耐CO2、Cl-腐蚀性能不好的缺陷。抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其组成成分的重量百分比为：C：0.20～0.40wt%，Si：0.25～0.29wt%，Mn：0.45～0.9wt%，Cr：2.5～4.0wt%，Mo：0.10～1.0wt%，Al：0.01～0.10wt%，Cu：0.05～1.0wt%，Ni：0.05～1.0wt%，V：0.01～0.1wt%，其余为Fe和不可避免的杂质组成。必要时加入0.01～0.05wt%的Nb和0.01～0.10wt%的W元素，杂质元素的总量低于0.05wt%。主要用作含有湿润二氧化碳、氯离子、硫酸盐等复合腐蚀环境条件下的石油钻杆用钢。
Description
技术领域：
本发明涉及一种石油钻杆用钢，特别涉及一种含有湿润二氧化碳、氯离子、硫酸盐等复合腐蚀环境条件下的抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢。
背景技术：
石油钻杆属油井管产品中生产难度最大、附加值最高的产品。随着油气田钻采条件的日益苛刻，钻杆面临的腐蚀环境越来越严酷。目前，大部分油田的钻杆普遍存在严重的CO2和Cl-腐蚀问题。而且每年因CO2和Cl-腐蚀所产生的事故不仅给油田造成了巨大的经济损失，而且还产生了严重的社会后果。就现有钻杆常用钢种而言，一般采用中低碳合金钢制造。表1列出了国外几个主要钻杆厂家生产的S135钢级钻杆成分。
表1 S135钻杆主要成分
| 厂家 | C | Si | Mn | Cr | Mo | V | Ti |
| 新日铁 | 0.28 | 0.20 | 1.52 | 0.27 | 0.44 | ||
| NKK | 0.28 | 0.25 | 1.55 | 0.26 | 0.42 | 0.054 | |
| Grant | 0.26 | 0.24 | 1.46 | 0.24 | 0.39 | 0.059 | |
| 住友 | 0.25 | 0.17 | 0.47 | 0.96 | 0.46 | 0.024 | |
| 宝钢 | 0.36 | 0.25 | 0.70 | 1.10 | 0.30 | 0.006 | 1.0Ni |
通过查新检索到三个抗腐蚀钻杆用低合金钢的发明专利，专利号分别为ZL85107542、JP62230955A、JP58136715A。其中ZL85107542专利钢为E75低钢级的抗硫化氢应力腐蚀材料，其化学成分为：0.20∽0.60％C，0.10∽1.0％Si，0.50∽1.8％Mn，0.5∽3.5％Cr+Mo，P≤0.02，S≤0.005％。发明者主要通过加入0.5∽3.5％的Cr和Mo并通过调质热处理后，材料的力学性能和抗H2S应力腐蚀开裂性能分别满足API 5D和NACE TMO177-96方法中规定的E75钢级的要求，化学成分中因没有Cu、Ni、Al、V等微量元素，不具有抗CO2、Cl-腐蚀性能；JP 62230955A专利钢的化学成分为：0.05∽0.40％C，0.05∽1.0％Si，0.10∽2.0％Mn，0.05∽1.0％Cu，1.0∽15％Cr，0.10∽1.0％Ni，0.1∽1.5％Mo，P≤0.02％，S≤0.015％。该专利钢主要通过加入高达15％的Cr以提高钢在高温高压下的抗氯离子腐蚀性能，但是该钢种Cr含量高达15％，属中高合金范畴，大大增加了钢的成本。此外，该专利中因没有加入V、Nb、Al等改善钢的抗CO2腐蚀行为的元素，抗CO2腐蚀性能较差。而专利JP 58136715A钢也是抗硫化氢应力腐蚀材料，其化学成分为：0.10∽0.45％C，0.10∽2.0％Si，0.30∽1.5％Mn，0.30∽5.0％Co，0.1∽2.0％Cr，0.001∽0.1％Al，其余为Fe和不可避免杂质。发明者在钢中主要通过复合加入Co、Cr等元素并通过合适的热处理最终实现钢具有良好的抗硫化氢应力腐蚀开裂性能。成分中没有Mo、Cu、Ni、V等元素，作者主要加入高达5％的昂贵Co元素以改善钢的抗H2S性能，所以也不具有抗CO2、Cl-腐蚀性能。
发明内容：
本发明需要解决的技术问题是：现有G105、S135等常规钻杆钢在含有二氧化碳、氯离子等复合酸性腐蚀环境条件下耐蚀性很差，经常给油田带来严重的以腐蚀穿孔的腐蚀失效事故。本发明在于提出一种新的抗腐蚀钻杆用钢的化学成分，最终用以解决油气田钻杆面临的腐蚀问题。
抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其组成成分的重量百分比为：
C：0.20～0.40wt％，Si：0.25～0.29wt％
Mn：0.45～0.9wt％，Cr：2.5～4.0wt％
Mo：0.10～1.0wt％，Al：0.01～0.10wt％
Cu：0.05～1.0wt％，Ni：0.05～1.0wt％
V：0.01～0.1wt％
其余为Fe和不可避免的杂质组成。
必要时加入0.01～0.05wt％的Nb和0.01～0.10wt％的W元素，杂质元素的总量低于0.05wt％。
本发明的合金钢选择化学成分范围的原因如下：
C是保证钢管室温强度和淬透性所必需的成分，但当要求提高抗CO2和Cl-腐蚀性能时，应限制碳含量。碳含量低于0.01％时淬透性和强度不够，高于0.40％则韧性变坏，腐蚀性变差。
Mo的加入提高了耐蚀性特别是抗局部腐蚀性，还提高了材料的强度和淬透性。如加入量低于0.01％，效果不明显，高于1.0％，加工性能和塑性恶化。
Si加入钢中起到了脱氧和改善耐蚀性的作用。低于0.01％含量效果不明显。当含量超过1.0％后，加工性和韧性恶化。本发明硅含量控制在0.25～0.29％。
Cr的加入使钢的强度和抗CO2、H2S腐蚀性能提高。但是，Cr含量小于1.0％时，耐蚀性提高不明显。高于4.0％，加工性变差，材料成本提高。本发明Cr含量控制在2.5～4.0％。
Mn是改善钢的强韧性必须的元素，小于0.1％时作用较小。当Mn含量超过2％后，抗CO2腐蚀性下降。本发明锰的含量控制在0.45～0.9％。
Al在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，另外还提高了表面膜层的稳定性和耐蚀性。当加入量低于0.001％时，效果不明显，加入量超过0.10％，力学性能变差。
Cu是抗CO2和H2S腐蚀性能提高的主要元素之一，加入量低于0.05％，效果不明显，高于1.0％，热加工性变差。
Ni能提高钢的强韧性和抗腐蚀性能，但是加入量低于0.05％时，效果不明显，超过1.0％时合金成本会明显增加。
V、Nb的加入提高了耐蚀性特别是抗局部腐蚀性，还细化了晶粒、提高了材料的强度和淬透性。但是加入量低于0.01％时，效果不明显，超过0.1％时由于析出物粗化而使性能恶化。
本发明的有益效果是：本发明专利属低合金钢范畴，由于复合加入了微量的Cu、Ni、V、Nb和Al等元素，不仅具有良好的抗CO2、Cl-腐蚀性能，而且可以制造强度级别超过S135的高强度钻杆。
具体实施方式：
表2表示试验钢的化学成分，A1-A4为本发明的合金钢，B1-B3为对照钢，其中B1为油田目前常用的普通S135钻杆，而B2、B3分别为对比专利合金钢的成分。
表2本发明钢和现有合金钢的化学成分，wt％
| 类别 | 钢号 | 化学成分(wt％) | |||||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Mo | Cu | Ni | V | W | Nb | Co | Al | ||
| 本发明钢 | A1 | 0.30 | 0.25 | 0.60 | 3.00 | 0.15 | 1.00 | 0.05 | 0.02 | 0.06 | |||
| A2 | 0.29 | 0.28 | 0.90 | 2.5 | 0.18 | 0.98 | 0.20 | 0.05 | 0.02 | 0.08 | |||
| A3 | 0.26 | 0.26 | 0.80 | 4.0 | 0.20 | 0.89 | 0.89 | 0.09 | 0.10 | 0.06 | |||
| A4 | 0.38 | 0.29 | 0.45 | 2.9 | 0.35 | 0.90 | 0.50 | 0.01 | 0.08 | 0.02 | 0.02 | ||
| 对照钢 | B1 | 0.36 | 0.25 | 0.70 | 1.0 | 0.2 | 1.0 | 0.05 | 0.030 | ||||
| B2 | 0.30 | 0.27 | 0.50 | 1.5 | 2.0 | 0.10 | 0.017 | ||||||
| B3 | 0.28 | 0.32 | 0.46 | 1.2 | 5.0 | ||||||||
钢种的冶炼按照上述配比采用常规的冶炼方法。
本发明与对比钢的力学性能和抗CO2、Cl-腐蚀性能测试的结果可以由表3获得评价。
表3本发明专利钢和对比钢的力学性能和抗CO2、Cl-腐蚀性能
| 钢号 | σbMpa | σ0.5Mpa | δ％ | 油田CO2、Cl-环境下 | |
| 局部腐蚀 | 腐蚀速度 | ||||
| A1 | 1132 | 1024 | 19.5 | ○ | 3.9mm/yr |
| A2 | 1140 | 1026 | 18.0 | ○ | 3.6mm/yr |
| A3 | 1131 | 1017 | 18.0 | ○ | 2.5mm/yr |
| A4 | 1149 | 1045 | 19.0 | ○ | 2.8mm/yr |
| B1 | 1136 | 1025 | 20.0 | × | 20mm/yr |
| B2 | 829 | 640 | 17.5 | × | 12mm/yr |
| B3 | 820 | 650 | 17.5 | ○ | 8mm/yr |
注：试验条件为Na++K+：17183.69mg/L，HCO3 -：122.04mg/L，Cl-：33687mg/L，SO4 2-：1440.9mg/L，Fe2+：100mg/L，Fe3+：30mg/L，Ca2+：1603.2mg/L，Mg2+：641.5mg/L，PH＝6.0，试验温度：110℃，CO2分压：2.0Mpa，流速：1.5m/s。○：表明没有局部腐蚀；×：表明有局部腐蚀
从表2的试验结果可以看出本发明的合金钢的抗CO2腐蚀性能明显比JP58136715A发明要好，即使在有Cl-含量超过10％的复合CO2腐蚀介质存在的情况下也没有局部腐蚀发生。
本发明的合金钢经冶炼、锻造、轧制、合适的热处理并经力学性能测试符合S135钢级的API 5D的性能要求后，力学性能的测试按GB6397-86标准进行。在CO2腐蚀较为突出的塔里木油田的典型腐蚀环境中进行高压釜腐蚀模拟对比试验，试验结果显示，本发明的合金钢种的年腐蚀速率较油田目前使用的S135钻杆降低了5倍以上，而且局部腐蚀现象得以消除。本发明钢种和制造方法可以用于生产高强度石油钻杆。
Claims (3)
1、抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其组成成分的重量百分比为：
C：0.20～0.40wt％
Si：0.25～0.29wt％
Mn：0.45～0.9wt％
Cr：2.5～4.0wt％
Mo：0.10～1.0wt％
Al：0.01～0.10wt％
Cu：0.05～1.0wt％
Ni：0.05～1.0wt％
V：0.01～0.1wt％
其余为Fe和不可避免的杂质组成。
2、根据权利要求1所述的抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其特征是，配比中还加入0.01～0.05wt％的Nb和0.01～0.10wt％的W元素。
3、根据权利要求1或2所述的抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢，其特征是，杂质元素的总量低于0.05wt％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2004100255863A CN1302143C (zh) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | 抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2004100255863A CN1302143C (zh) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | 抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1715438A CN1715438A (zh) | 2006-01-04 |
| CN1302143C true CN1302143C (zh) | 2007-02-28 |
Family
ID=35821592
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2004100255863A Active CN1302143C (zh) | 2004-06-30 | 2004-06-30 | 抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1302143C (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100422374C (zh) * | 2006-04-04 | 2008-10-01 | 无锡西姆莱斯石油专用管制造有限公司 | 防硫钻杆及其制造方法 |
| KR100815799B1 (ko) * | 2006-12-12 | 2008-03-20 | 주식회사 포스코 | 내후성이 우수한 고항복비형 냉연강판 |
| CN101575947B (zh) * | 2008-05-09 | 2011-09-07 | 中国石油天然气集团公司 | 一种高强韧无碳化物贝氏体钻杆及其制备方法 |
| CN102296244A (zh) * | 2010-06-28 | 2011-12-28 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种经济型耐腐蚀抽油杆用盘条及其制造方法 |
| CN103147014B (zh) * | 2012-12-21 | 2016-01-06 | 中国石油天然气集团公司 | 一种含稀土的高强韧钻杆及其制备工艺 |
| CN103215513B (zh) * | 2013-04-25 | 2016-03-30 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种抗腐蚀集输管线管及其制造方法 |
| CN104651740A (zh) * | 2013-11-20 | 2015-05-27 | 中国石油天然气集团公司 | 一种高强韧150钢级钻杆材料及其制备方法 |
| CN107557661B (zh) * | 2016-06-30 | 2019-06-28 | 鞍钢股份有限公司 | 一种经济型具有耐腐蚀性能j55无缝管及其制造方法 |
| CN107151758B (zh) * | 2016-10-28 | 2019-05-10 | 中国石油集团渤海石油装备制造有限公司 | 抗二氧化碳和氯离子腐蚀石油钻杆管体的制造方法 |
| CN107575171A (zh) * | 2017-10-21 | 2018-01-12 | 中国石油集团渤海钻探工程有限公司 | 一种用于盐水钻井液的钻杆及其使用方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08209289A (ja) * | 1995-02-06 | 1996-08-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐遅れ破壊性に優れた機械構造用鋼 |
| JPH08269623A (ja) * | 1995-03-30 | 1996-10-15 | Kawasaki Steel Corp | 耐食性に優れるラインパイプ用鋼材 |
| JPH10204571A (ja) * | 1997-01-24 | 1998-08-04 | Kawasaki Steel Corp | 非調質高強度継目無鋼管 |
| JP2007131159A (ja) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Nissan Motor Co Ltd | 車両、給油機、及び、給油システム |
-
2004
- 2004-06-30 CN CNB2004100255863A patent/CN1302143C/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08209289A (ja) * | 1995-02-06 | 1996-08-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐遅れ破壊性に優れた機械構造用鋼 |
| JPH08269623A (ja) * | 1995-03-30 | 1996-10-15 | Kawasaki Steel Corp | 耐食性に優れるラインパイプ用鋼材 |
| JPH10204571A (ja) * | 1997-01-24 | 1998-08-04 | Kawasaki Steel Corp | 非調質高強度継目無鋼管 |
| JP2007131159A (ja) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Nissan Motor Co Ltd | 車両、給油機、及び、給油システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1715438A (zh) | 2006-01-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1229511C (zh) | 抗二氧化碳和硫化氢腐蚀用低合金钢 | |
| CN1151305C (zh) | 抗二氧化碳腐蚀的低合金钢及油套管 | |
| CN100494462C (zh) | 758Mpa(110Ksi)级抗CO2、H2S腐蚀油井管及制造方法 | |
| CN1302143C (zh) | 抗二氧化碳、氯离子腐蚀石油钻杆用钢 | |
| JP6227664B2 (ja) | 油井用高強度ステンレス継目無鋼管およびその製造方法 | |
| RU2731395C2 (ru) | Высокопрочные, коррозийно-устойчивые аустенитные сплавы | |
| JP2500162B2 (ja) | 耐食性に優れた高強度二相ステンレス鋼 | |
| CN104846291A (zh) | 一种高强度抗腐蚀不锈钢、不锈钢油套管及其制造方法 | |
| CN103215513B (zh) | 一种抗腐蚀集输管线管及其制造方法 | |
| JP2007332442A (ja) | 耐食性に優れる油井用高靭性超高強度ステンレス鋼管およびその製造方法 | |
| CN101397637B (zh) | 13Cr高抗二氧化碳和微量硫化氢腐蚀油套管用钢及其制造方法 | |
| CN104395488B (zh) | 用于油气完井和钻井应用的高强度耐腐蚀管子及其制造工艺 | |
| CN1904120A (zh) | 耐高温抗腐蚀隔热油管用钢及其制造方法 | |
| CN1292429A (zh) | 抗二氧化碳及海水腐蚀油套管用低合金钢 | |
| CN100342051C (zh) | 一种经济型耐候钢 | |
| CN102199729A (zh) | 经济型55Ksi钢级抗CO2腐蚀油井管及其制造方法 | |
| CN1030721C (zh) | 油井管件用铬-镍奥氏体合金 | |
| CN101928893B (zh) | 抗二氧化碳腐蚀低合金钢 | |
| JP2001300730A (ja) | 油井用高強度マルテンサイト系ステンレス鋼管の接続方法 | |
| JPS6144133B2 (zh) | ||
| JP2007169776A (ja) | 拡管性に優れた油井管用ステンレス鋼管およびその製造方法 | |
| CN103147006B (zh) | 一种抗腐蚀无缝集输管线管及其制造方法 | |
| CN101487100A (zh) | 110Ksi钢级抗硫化氢和二氧化碳腐蚀油套管用低合金钢 | |
| JP2000192203A (ja) | ダウンホ―ル部材用マルテンサイト系ステンレス鋼とその製法 | |
| JPS581044A (ja) | 耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井管用合金 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |