NO831262L - Hydrogensulfidresistent roer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører rør med høy strekkst<y>rke for anvendelse i sure miljøer, hvor H2S-partialtrykket i gassfasen kan overstige 300 P.a, eller hvor H2S-innhoidet i væskefasen har et tilsvarende likevektstrykk, og/ell<2r hvor C02og andre surgjørende bestanddeler kan være tilstede. Disse rør er i første rekke tenkt anvendt som p::o*-duksjonsrør i sure oljekilder. ;Det antas at ca. 20% av alle oljekilder er sure og antal-let antas å øke. At kildene er sure innebærer bl.a. at hy-drogensulfid forekommer i gass- eller væskefase. Også ;andre korrosive bestanddeler kan forekomme, men r^S medfø-rer spesielle problemer, som gjør seg gjeldende i stål med høy strekkstyrke. ;Når H2S-innholdet i gassfasen overskrider ca. 300 Pa opp-står et fenomen som betegnes "sulfide stress cracking" ;SSC, eller "hydrogensulfidforsprøing". Denne forsprøing medfører at stålets strekkstyrke nedsettes langt under dets normale brudd*- og strekkgrenser.

Olje hentes idag opp fra dyp ned til 10 000 m og i visse tilfeller ennå dypere. Gasstrykket i disse dype kilder er ofte meget stort. Kravene til stål som anvendes i slik 2 rør er derfor meget høye.

Hvert oljeselskap har spesifikasjoner på de rør som skal anvendes i sure oljekilder og for dette formål foreskrives

i første rekke enten høylegerte eller lavlegerte og seig^-herdete stål. Ytterligere må disse stål ikke være kaldoear-beidet. Kaldtrekning godtas av enkelte selskaper, men cun I under den forutsetning at en avspennings-glødning etterpå ! utføres under nøye spesifiserte betingelser.

i Som produksjonsrør med høy strekkstyrke for anvendelse i H-jS-miljø utnyttes for tiden oftest lavlegerte, seighe rdete stålrør, og i blant også høylegerte stålrør. Ulempene Eor begge disse rørtyper er bl.a. at de er kostbare, har dar-

ligere toleranser og overflater enn rør fremstilt av van-lig karbonstål eller lavlegerte stål, og ytterligere e:: de vanskeligere å bearbeide maskinelt.

Hensikten medforeliggende oppfinnelse er derfor å unngå de ovenfor nevnte ulemper.

Dette oppnås i henhold til oppfinnelsen ved at det innled-ningsvis beskrevne rør er særpreget ved at det er fremstilt av et kalddeformert karbonstål eller lavlegert stål.

I henhold til en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen er stålet anløpet og anløpningstemperaturen utgjør fortrinnsvis 400-675°C.

I henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen har stålet den følgende sammensetning:

I henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen har stålet følgende sammensetning:

I henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen har stålet den følgende sammensetning:

! I henhold til en ytterligere utførelsesform av oppfinnel-j sen har stålet et meget lavt svovelinnhold og ca. 0,0 — j0,005 % S. Normale svovelinnhold ligger i området 0,005 - I 0,050 % S.

Kaldbearbeidning fører som ovenfor antydet til at det oppnås bedre overflater og toleranser, til bedre maskinbe.ar-I beidbarhet enn etter seigherding, men i første rekke til i vesentlige lavere omkostninger sammenlignet med høy- eLler<!>lavlegerte og seigherdete stål.

i

■ Det er nå overraskende vist seg at med stålrør i henhold ■ til foreliggende oppfinnelse oppnås en bedre motstandskraft , mot SSC enn for høylegerte eller seigherdete lavlegerte stål, hvilket tidligere ble ansett å være helt utenkbart.

I denne forbindelse kan det henvises til NACE Standard MR-01-75 (19 80 Revision) "Material Requirement - Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Material for Oil Fifld ! Equipment", som er utgitt av National Association of

Corrosion Engineers, hvilken standard på sin side henv::ser' i første rekke til API-normene 5A og 5AX. Av denne standard

fremgår det at lavlegerte, stål. med høy strekkstyrke, kaldbearbeidete stål er utenkelige for uttagning av olje f::a

sure oljekilder.

Utførte forsøk som omtales nærmere i de etterfølgende utførelseseksempler viser imidlertid at til og med bed::e motstandskraft oppnås for kaldbearbeidete, anløpne, lavlegerte stål ifølge foreliggende oppfinnelse enn for de tidligere anvendte foreskrevne stålkvaliteter. Teorien for dette fenomen er i og for seg ikke helt klarlagt, men en

medvirkende faktor kan muligens være at kalddeformering

gir en forhøyet dislokaliseringstetthet, hvilket øker stå-

i

lets strekkstyrke. Ved anløpning til passende temperaturer dvs. 500 - 650°C utløses de indre spenninger i materialet, hvilket ellers kan føre til SSC, uten at dislokaliserings-tettheten nedsettes i for høy grad.

■ Stålets strekkstyrke erholdes således ved bearbeiding av stålet. I henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen er røret fremstilt ved kaldvalsing. For dette formål skal kalddeformasjonsgraden utgjøre minst 10% og fortrinnsvis minst ca. 30 %. Stålets nedre strekkgrense skal utgjøra minst 550 MPa og fortrinnsvis minst 650 MPa.

Ifølge til en annen utførelsesform av oppfinnelsen er :røret fremstilt ved kaldtrekning. For dette formål skal kaldoe-arbeidingsgraden utgjøre minst 10 % , og stålets nedre strekkgrense være minst 550 MPa.

I Ved siden av anvendelse som produksjonsrør ved oljeboring, !dvs. "tubing", kan rørene ifølge oppfinnelsen også anv;n-j des for utforing av borehull på store dyp, dvs. "casing", samt også for fremstilling av borerør, dvs. "drill-pipe", samt andre anvendelser i borehull, f.eks. sammenkoblings-elementer, ventiler, pakninger, etc.

I det etterfølgende vises et sammenlignende forsøk som vi<J>ser anvendelsen ifølge oppfinnelsen av kaldbearbeidet stål i surt miljø.

Ved forsøkene ble rør undersøkt fremstilt av stål av kvali-tet SKF 280, dels kaldvalset og dels anløpet (1,5 h vei 515°C) og delvis herdet og anløpet (2 h ved 570°C).

I' tabell 1 gjengis den kjemiske analyse for det prøvets stål og i' tabell 2 gjengis de mekaniske egenskaper for de anvendte prøvestykker av kaldvalset henh. herdet, anløpet SKF 280.

I Følgende prøvemiljøer ble anvendt:

i

il. 5 % NaCl, mettet H2S = "Cotton-oppløsning".

2. 5 % NaCl, mettet H2S +0,5 HAC = NACE-oppløsning.

Som prøvemetode ble anvendt 3-punkts bøyeprøve og prøveti-den gikk opp til 100 h.

Forsøksresultatene er gjengitt i den vedlagte figur. Stol-pene tilsvarer hele prøvestapler og stolpenes øvre begrens-ning angir den pålagte belastning.

<+->tegn angir brutt prøvestav ved den aktuelle belastning.

Av diagrammet i fig. 1 fremgår det at de kaldvalsete rør som ble anvendt i henhold til foreliggende oppfinnelse er mere motstandsdyktige mot r^S-spenningskorrosjon enn d<2seigherdete rør.

Av de erholdte resultater kan trekkes den slutning at de kaldvalsete rør, dvs. i SKF 280, i henhold til oppfinnelsen i det minste er like gode som de seigherdete rør aj/typen 4130 eller 4140 eller øvrige 41xx, som vanligvis anbefales i sure kilder.

Claims (10)

1. Rør med høy strekkstyrke for anvendelse i sire miljøer, hvor H2 S-partialtrykket i gassfase kan overstige 300 Pa, eller hvor H2 S-innholdet i væskefase kan ha et tilsvarende likevektstrykk og/eller hvor C02 og også andre surgjørende bestanddeler kan være tilstede, kara c-terisert ved at det er fremstilt av et kaLddeformert karbonstål eller lavlegert stål.

2. Rør ifølge krav 1, karakterisert ved at stålet er anløpet, eventuelt til 400 - 675° 2.

Rør ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at stålet har den følgende sammensetning :

4. Rør ifølge krav 1 eller 2, karakte- risert ved at stålet har den følgende sammen setning: i i

5.. Rør ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at stålet har den følgende sammenset ning:

6. Rør ifølge krav 1-5, karakterisert ved at stålet har et meget lavt svovelinnhold, fortrinnsvis ca. 0,0 - 0,005 % S. I

7. Rør ifølge krav 1-6, karakterisert ved at det er^frérnstilt ved kaldvalsning, hvor kalddeformasjonsgraden eventuelt utgjør minst 10 h, : fortrinnsvis minst 30 %. .i

8. Rør ifølge krav 1-7, karakteri sert ved at stålets nedre strekkgrense utgjø:: jminst 550 MPa, fortrinnsvis minst 650 MPa.

9. Rør ifølge krav 1-6, karakterisert ved at det er fremstilt ved kaldtrekning. '

10. Rør ifølge krav 9, karakterisert I r a k t e r i ved at kalddeformas jonsgraden utgjør minst 10 %, og at' stålet utviser en nedre strekkgrense på minst 550 MPa.