RU95780U1

RU95780U1 - SEAMLESS PIPE FOR THE TRANSPORTATION OF OIL FIELDS

Info

Publication number: RU95780U1
Application number: RU2010110074/22U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Иоффе; Сергей Александрович Князькин; Тамара Викторовна Тетюева; Елена Александровна Трифонова; Шамиль Сайнуллович Фазылов; Аркадий Викторович Мальцев; Михаил Владимирович Захаров; Ирина Сергеевна Сибирякова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Восток-Азия"
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2010-07-10

Abstract

1. Бесшовная труба для транспортировки нефтепромысловых сред, изготовленная из стали повышенной коррозионной стойкости и подвергнутая термической обработке, отличающаяся тем, что она выполнена из низкоуглеродистой стали, содержащей, мас.%: ! углерод 0,05-0,15 марганец 0,35-0,45 кремний 0,17-0,25 хром 0,80-1,20 ванадий 0,12-0,24 алюминий 0,02-0,03 железо и неизбежные примеси остальное, ! подвергнута закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску и характеризуется следующими механическими свойствами: временное сопротивление σв не менее 530 МПа, предел текучести σт не менее 430 МПа, ударная вязкость не менее 170 Дж/см2 при температуре испытания -60°С. ! 2. Бесшовная труба по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена из стали, дополнительно содержащей РЗМ в количестве 0,002-0,010 мас.%. 1. Seamless pipe for transportation of oilfield media, made of steel of high corrosion resistance and subjected to heat treatment, characterized in that it is made of low carbon steel, containing, wt.%:! carbon 0.05-0.15 manganese 0.35-0.45 silicon 0.17-0.25 chromium 0.80-1.20 vanadium 0.12-0.24 aluminum 0.02-0.03 iron and unavoidable impurities rest! subjected to hardening from the austenitic region and high-temperature tempering and is characterized by the following mechanical properties: temporary resistance σt of at least 530 MPa, yield strength σt of at least 430 MPa, impact strength of at least 170 J / cm2 at a test temperature of -60 ° C. ! 2. Seamless pipe according to claim 1, characterized in that it is made of steel, additionally containing rare-earth metals in an amount of 0.002-0.010 wt.%.

Description

Полезная модель относится к области трубопроводов, а именно к металлическим трубам, используемым при сооружении трубопроводов для транспортировки агрессивных жидкостей и газов, содержащих С0₂ и H₂S, в частности, нефти, нефтепродуктов, пластовых вод и т.п.The invention relates to the field of pipelines, and specifically to metal pipes used in the construction of pipelines for the transportation of corrosive liquids and gases containing C0 ₂ and H ₂ S, in particular oil, mineral oil, reservoir water, etc.

Известны сварные трубы для нефтегазопродуктопроводов, изготовленные из горячекатанного листа, полученного из низкоуглеродистой стали со следующим соотношением компонентов, мас.%: 0,03-0,11 углерода, 0,90-1,80 марганца, 0,06-0,60 кремния, 0,005-0,30 хрома, 0,02-0,12 ванадия, 0,010-0,055 алюминия, 0,005-0,30 никеля, 0,03-0,10 ниобия, 0,010-0,040 титана, железо и неизбежные примеси - остальное (патент РФ №2180691, МПК C21D 9/08) или из стали с соотношением компонентов, мас.%: 0,02-0,11 углерода, 0,10-1,80 марганца, 0,06-0,60 кремния, 0,005-0,30 хрома, 0,01-0,12 ванадия, 0,01-0,05 алюминия, 0,005-1,0 никеля, 0,02-0,10 ниобия, 0,01-0,04 титана, 0,001-0,5 молибдена, железо и неизбежные примеси - остальное (патент РФ №2252972, МПК F16L 9/02). Как известно, сварные трубы менее надежны по сравнению с бесшовными трубами, а кроме того, вышеуказанные трубы не обладают необходимым уровнем коррозионной стойкости к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН), а также стойкостью к углекислотной и бактериальной коррозии.Known welded pipes for oil and gas pipelines made of a hot rolled sheet obtained from low carbon steel with the following ratio of components, wt.%: 0.03-0.11 carbon, 0.90-1.80 manganese, 0.06-0.60 silicon , 0.005-0.30 chromium, 0.02-0.12 vanadium, 0.010-0.055 aluminum, 0.005-0.30 nickel, 0.03-0.10 niobium, 0.010-0.040 titanium, iron and unavoidable impurities - the rest ( RF patent No. 2180691, IPC C21D 9/08) or from steel with a ratio of components, wt.%: 0.02-0.11 carbon, 0.10-1.80 manganese, 0.06-0.60 silicon, 0.005 -0.30 chromium, 0.01-0.12 vanadium, 0.01-0.05 aluminum, 0.005-1.0 nickel, 0.02-0.10 niobium, 0.01-0.04 tit ANA, 0.001-0.5 molybdenum, iron and inevitable impurities - the rest (RF patent No. 2252972, IPC F16L 9/02). As you know, welded pipes are less reliable than seamless pipes, and in addition, the above pipes do not have the necessary level of corrosion resistance to sulfide stress corrosion cracking (SKRN), as well as resistance to carbon dioxide and bacterial corrosion.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемой полезной модели является бесшовная труба для строительства трубопроводов, транспортирующих агрессивные среды, которая выполнена из стали повышенной коррозионной стойкости, имеющей полосчатость структуры не выше 2 баллов и содержащей (мас.%) 0,07-0.30 углерода, 0,35-1,50 марганца, 0,15-0,70 кремния, 0,05-1,00 хрома, 0,05-0,50 никеля, 0,05-0,50 меди, 0,01-0,05 алюминия, не более 0,010 серы, не более 0,020 фосфора, 0,0008-0,0020 кальция, железо и неизбежные примеси, в том числе кислород - остальное.The closest set of essential features to the proposed utility model is a seamless pipe for the construction of pipelines transporting aggressive media, which is made of steel with increased corrosion resistance, having a banding structure of no more than 2 points and containing (wt.%) 0.07-0.30 carbon, 0.35-1.50 manganese, 0.15-0.70 silicon, 0.05-1.00 chromium, 0.05-0.50 nickel, 0.05-0.50 copper, 0.01-0 , 05 aluminum, not more than 0.010 sulfur, not more than 0.020 phosphorus, 0.0008-0.0020 calcium, iron and inevitable impurities, including oxygen - the rest.

Изготовленные трубы подвергаются нормализации (патент РФ №2243284, МПК С22С 38/42). Данные трубы не обладают необходимой хладостойкостью и коррозионной стойкостью в реальных агрессивных нефтепромысловых средах и имеют низкие прочностные характеристики.The pipes made are normalized (RF patent No. 2243284, IPC C22C 38/42). These pipes do not possess the necessary cold resistance and corrosion resistance in real aggressive oilfield environments and have low strength characteristics.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является обеспечение комплекса прочностных свойств и коррозионной стойкости, необходимого для надежной эксплуатации нефтегазопродуктопроводов в различных климатических условиях, а также расширение имеющегося арсенала труб, используемых при строительстве трубопроводов для транспортировки агрессивных нефтепромысловых сред.The task to which the claimed utility model is directed is to provide a complex of strength properties and corrosion resistance necessary for reliable operation of oil and gas products in various climatic conditions, as well as expanding the existing arsenal of pipes used in the construction of pipelines for the transportation of aggressive oilfield environments.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что бесшовная труба для транспортировки нефтепромысловых сред, изготовленная из стали повышенной коррозионной стойкости и термически обработанная, в отличие от прототипа, выполнена из низкоуглеродистой стали, содержащей мас.%:The essence of the proposed technical solution lies in the fact that a seamless pipe for the transportation of oilfield media made of steel with high corrosion resistance and heat treated, unlike the prototype, is made of low carbon steel containing wt.%:

углеродcarbon 0,05-0,150.05-0.15 марганецmanganese 0,35-0,450.35-0.45 кремнийsilicon 0,17-0,250.17-0.25 хромchromium 0,80-1,200.80-1.20 ванадийvanadium 0,12-0,240.12-0.24 алюминийaluminum 0,02-0,030.02-0.03

железо и неизбежные примеси - остальное,iron and unavoidable impurities - the rest,

подвергнута закалке из аустенитной области и высокотемпературному отпуску и характеризуется следующими механическими свойствами: временное сопротивление ơ_в не менее 530 Мпа, предел текучести ơ_т не менее 430 Мпа, ударная вязкость не менее 170 Дж/см² при температуре испытания -60°С. Указанная труба может быть также выполнена из стали, дополнительно содержащей РЗМ в количестве 0,002-0,010 мас.%.subjected to hardening from the austenitic region and high-temperature tempering and is characterized by the following mechanical properties: temporary resistance ơ _at least 530 MPa, yield strength ơ _t at least 430 MPa, impact strength at least 170 J / cm ² at a test temperature of -60 ° C. The specified pipe can also be made of steel, optionally containing rare-earth metals in an amount of 0.002-0.010 wt.%.

Технический результат, обеспечиваемый описываемой полезной моделью, заключается в следующем. Пониженное по сравнению с прототипом содержание углерода, а также введение в состав стали ванадия обеспечивают увеличение стойкости трубы к СКРН за счет формирования мелкодисперсных равномерно распределенных по металлу карбидов ванадия, являющихся микроловушками атомарного водорода. В указанных количествах ванадий упрочняет феррит, измельчая блочную структуру стали. Кроме этого, ванадий оказывает стабилизирующее воздействие на микро- и субструктуру стали, существенно замедляя процессы превращения аустенита при охлаждении и снижая скорость протекания рекристаллизации феррита. За счет сбалансированного химического состава используемой стали при закалке из аустенитной области (890-950°С) формируется феррито-бейнитная структура. В результате последующего высокотемпературного отпуска происходит распад феррито-бейнитной структуры на мелкозернистую однородную феррито-карбидную смесь, что обеспечивает увеличение пластичности и хладостойкости. Превышение температуры закалки может привести к росту аустенитного зерна, что отрицательно сказывается на прочностных и пластических характеристиках трубы. При закалке от температуры менее 880°С в структуре стали формируется большое количество избыточного феррита и бейнит, а отпуск данного типа микроструктуры приводит к снижению прочностных характеристик трубы.The technical result provided by the described utility model is as follows. The carbon content reduced in comparison with the prototype, as well as the introduction of vanadium steel into the composition, increase the pipe resistance to SCRN due to the formation of finely dispersed vanadium carbides uniformly distributed over the metal, which are atomic hydrogen micro traps. In the indicated amounts, vanadium strengthens the ferrite, grinding the block structure of the steel. In addition, vanadium has a stabilizing effect on the micro- and substructure of steel, significantly slowing down the processes of transformation of austenite during cooling and reducing the rate of recrystallization of ferrite. Due to the balanced chemical composition of the steel used during quenching from the austenitic region (890–950 ° C), a ferrite – bainitic structure is formed. As a result of the subsequent high-temperature tempering, the ferrite-bainitic structure decomposes into a fine-grained homogeneous ferrite-carbide mixture, which provides an increase in ductility and cold resistance. Exceeding the hardening temperature can lead to an increase in austenitic grain, which negatively affects the strength and plastic characteristics of the pipe. When quenched from a temperature of less than 880 ° C, a large amount of excess ferrite and bainite is formed in the steel structure, and tempering of this type of microstructure leads to a decrease in the strength characteristics of the pipe.

Отпуск труб при температуре выше 700°С сказывается на карбидной составляющей структуры: возможно выделение грубых карбидов типа Ме₃С и Ме₇С₃, где часть атомов железа замещена атомами хрома. Изменение карбидной фазы снизит коррозионную стойкость к СКРН и тем более в СO₂-содержащей среде, так как снизится содержание хрома в твердом растворе железа. Превышение указанной температуры отпуска также влечет увеличение объемов, в которых прошел процесс рекристаллизации феррита, и следовательно снижаются прочностные свойства металла трубы.The release of pipes at temperatures above 700 ° C affects the carbide component of the structure: coarse carbides of the type Me ₃ C and Me ₇ C ₃ are possible to precipitate, where some of the iron atoms are replaced by chromium atoms. The change in the carbide phase will reduce the corrosion resistance to SCRN and even more so in a CO ₂ -containing medium, since the chromium content in the iron solid solution will decrease. Exceeding the indicated tempering temperature also entails an increase in the volumes in which the ferrite recrystallization process has passed, and therefore the strength properties of the pipe metal are reduced.

Дополнительное введение в состав стали РЗМ, связывающих серу и азот соответственно в оксисульфиды и нитриды, положительно сказывается на стойкости труб к сульфидной и бактериальной коррозии.An additional introduction of rare-earth metals into the composition of steel, binding sulfur and nitrogen to oxysulfides and nitrides, respectively, has a positive effect on the resistance of pipes to sulfide and bacterial corrosion.

Данные проведенных исследований подтверждают получение указанного технического результата (варианты 4, 5, 6) и отражены в таблицах: Таблица 1 - химический состав стали, Таблица 2 - механические свойства при различных режимах термообработки, Таблица 3 - коррозионные свойства.The research data confirm the receipt of the indicated technical result (options 4, 5, 6) and are shown in the tables: Table 1 - chemical composition of steel, Table 2 - mechanical properties under various heat treatment modes, Table 3 - corrosion properties.

Таблица 1Table 1 Массовые доли элементов, %Mass fraction of elements,% Рсм, %Rcm,% СFROM SiSi МnMn СrCr AlAl VV РЗМREM 0,160.16 0,080.08 0,200.20 0,400.40 0,800.80 0,020.02 0,160.16 0,0080.008 Таблица 2table 2 № п/пNo. p / p Режимы ТОMaintenance Modes Механические свойстваMechanical properties Температура закалкиQuenching temperature Температура отпускаTempering temperature ơ_в МПАơ _in MPA ơ_т МПаơ _t MPa ơ_т/ơ_в ơ _t / ơ _in δ %δ% KCV^-60 Дж/см² KCV ^-60 J / cm ² 1one 900900 730730 480480 384384 0,800.80 2727 268268 22 960960 580580 660660 568568 0,860.86 1616 8686 33 840840 700700 525525 420420 0,800.80 2222 186186 4four 940940 600600 577577 491491 0,850.85 2222 194194 55 920920 700700 536536 434434 0,810.81 2626 242242 66 890890 650650 543543 451451 0,830.83 2323 217217 Таблица 3Table 3 № п/пNo. p / p Пороговая нагрузка от минимально гарантированного предела текучести, oth, %Threshold load from the minimum guaranteed yield strength, oth,% Скорость коррозии в H₂S-содержащей среде, мм/годCorrosion rate in H ₂ S-containing medium, mm / year Скорость коррозии в СO₂-содержащей среде, мм/годCorrosion rate in a CO ₂ -containing medium, mm / year Количество клеток СВБ в поле зрения при х3ОООThe number of SVB cells in the field of view at x3OOO 1one 8080 0,420.42 0,450.45 20twenty 22 5555 0,530.53 0,550.55 1616 33 7070 0,470.47 0,490.49 18eighteen 4four 8080 0,400.40 0,340.34 15fifteen 55 8585 0,360.36 0,400.40 1616 66 8080 0,370.37 0,320.32 1616

Claims

1. Seamless pipe for transportation of oilfield media, made of steel with high corrosion resistance and subjected to heat treatment, characterized in that it is made of low carbon steel, containing, wt.%:

carbon 0.05-0.15 manganese 0.35-0.45 silicon 0.17-0.25 chromium 0.80-1.20 vanadium 0.12-0.24 aluminum 0.02-0.03 iron and inevitable impurities rest,

hardened austenitic region and high-temperature tempering and has the following mechanical properties: tensile strength σ _at least 530 MPa, yield strength σ _m of at least 430 MPa, the toughness of not less than 170 J / cm ² at a test temperature of -60 ° C.

2. Seamless pipe according to claim 1, characterized in that it is made of steel, additionally containing rare-earth metals in an amount of 0.002-0.010 wt.%.