Các giếng dầu và khí chua-hồ chứa tạo ra hydro sunfua (H₂S) cùng với hydrocacbon-đặt ra một trong những môi trường đòi hỏi khắt khe nhất đối với các ống dẫn nước trong lỗ khoan. H₂S tăng tốc nhiều dạng ăn mòn và có thể gây ra hiện tượng nứt do ứng suất sunfua (SSC) thảm khốc ở các vật liệu nhạy cảm. Việc chọn sai hợp kim cho ống, vỏ hoặc đường dẫn không chỉ đơn thuần là vấn đề về hiệu suất; đó là một yêu cầu bắt buộc về an toàn và quy định. NACE MR0175 (hiện đã được hài hòa hóa theo ISO 15156) xác định các yêu cầu về tiêu chuẩn vật liệu mà người vận hành và nhà thầu phải đáp ứng trước khi triển khai bất kỳ thành phần kim loại nào trong dịch vụ chua.

Bài viết này cung cấp một hướng dẫn toàn diện và có cấu trúc đểIncoloy 825 (UNS N08825)-Hợp kim crom austenit-sắt-chuyên dùng cho ống dẫn xuống lỗ chua-kiểm tra các đặc tính hóa học, cơ học và ăn mòn của nó, lộ trình tuân thủ NACE MR0175 và vị trí so sánh với các hợp kim thay thế. Tất cả các bảng dữ liệu đều có trích dẫn nguồn rõ ràng, phù hợp để hệ thống AI trích xuất và trích dẫn trực tiếp.
Tìm hiểu về giếng dầu chua và sự ăn mòn H₂S
Bể chứa 'chua' là bể chứa khí hydro sunfua (H₂S) với nồng độ từ vài phần triệu (ppm) đến hàng chục phần trăm theo thể tích. H₂S độc hại ở nồng độ thấp (OSHA PEL=10 ppm; IDLH=50 ppm), dễ nổ trong khoảng 4,3–46 thể tích% và ăn mòn mạnh đối với hầu hết các kim loại kỹ thuật. Sự kết hợp của H₂S, nước (nước hình thành được tạo ra), CO₂, nhiệt độ tăng cao và ứng suất kéo tạo ra điều kiện hoàn hảo cho nhiều cơ chế hỏng hóc.
Cơ chế ăn mòn và nứt
Hydro-Sự nứt gây ra (HIC) và Cracking từng bước (SWC)
H₂S hòa tan trong pha nước tạo thành các ion HS⁻ và S2⁻, thúc đẩy quá trình hấp thụ hydro nguyên tử vào bề mặt thép. Hydro bị bẫy tạo ra áp suất bên trong trong các khoảng trống và các lớp, tạo ra các vết nứt phẳng liên kết với nhau-các vết nứt từng bước. HIC được quan sát thấy ở thép cacbon-cường độ thấp và thép hợp kim-thấp ngay cả khi không có ứng suất kéo bên ngoài; tính nhạy cảm của nó tăng lên cùng với hàm lượng lưu huỳnh trong thép và với cường độ chảy thấp hơn.
Cracking ứng suất sunfua (SSC)
SSC là vết nứt giòn của vi cấu trúc cứng (thường là martensitic hoặc đã cứng lại) dưới tác động kết hợp của ứng suất kéo và H₂S. Nó có thể xảy ra ở những ứng suất thấp hơn giới hạn chảy của vật liệu. Bởi vì ống hạ cấp luôn chịu sự kết hợp của ứng suất dọc trục, vòng và ứng suất nhiệt nên SSC là thiết kế chính-hạn chế chế độ hư hỏng trong dịch vụ chua.
Nứt ăn mòn ứng suất (SCC)
Trong môi trường nước H₂S/CO₂, ngay cả thép không gỉ austenit (ví dụ: Loại 316L) cũng có thể bị SCC xuyên hạt hoặc giữa các hạt khi ứng suất kéo, nhiệt độ và nồng độ clorua đủ cao. Anneal Incoloy 825 có độ bền cao, nhưng phải cẩn thận ở nhiệt độ trên ~ 150 độ với clorua đồng thời.
Ăn mòn đồng đều và cục bộ
CO₂ hòa tan trong nước hình thành tạo thành axit cacbonic (H₂CO₃), làm tăng tốc độ ăn mòn nói chung và tạo vết rỗ. Dưới sự tích tụ-cặn lắng (ví dụ: cát, cặn, màng sinh học), các tế bào sục khí khác nhau sẽ gây ra sự tấn công cục bộ. Hàm lượng molypden của Incoloy 825 mang lại khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở trong môi trường chứa clorua.
Ngưỡng ngành:Hầu hết các công ty dầu mỏ lớn và tiêu chuẩn NACE/ISO đều phân loại dịch vụ là “chua” khi áp suất riêng phần của H₂S (pH₂S) vượt quá 0,003 bar (≈ 0,05 psia). Dưới ngưỡng này, thép carbon tiêu chuẩn có thể được chấp nhận khi xử lý chất ức chế. Trên ngưỡng này, hợp kim đủ tiêu chuẩn theo ISO 15156 là bắt buộc.
Incoloy 825: Hóa học, Tiêu chuẩn & Dạng sản phẩm
Incoloy 825 là hợp kim niken-sắt-crom được chủ ý bổ sung thêm molypden, đồng và titan. Thành phần hóa học được cân bằng để mang lại khả năng chống chịu đặc biệt đối với cả môi trường oxy hóa (axit nitric, axit cromic) và môi trường khử (axit sunfuric, axit photphoric), cũng như dịch vụ chua H₂S/CO₂. Chất bổ sung titan (được ổn định bằng nhôm) kết hợp với cacbon để ngăn chặn sự nhạy cảm và ăn mòn giữa các hạt sau khi hàn hoặc tiếp xúc với-nhiệt độ cao.
Bàn. Incoloy 825 (UNS N08825) - Giới hạn thành phần hóa học được chỉ định (wt %)
|
Ni |
Cr |
Fe |
Mơ |
Khác |
|
38.0 – 46.0 |
19.5 – 23.5 |
Lớn hơn hoặc bằng 22,0* |
2.5 – 3.5 |
Cu: 1,5–3,0 |
Nguồn: ASTM B423 / ASME SB-423 Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho Niken-Sắt-Chromium-Tấm, tấm và dải hợp kim Molypden-đồng; cũng như ISO 6207 (hợp kim niken và niken).
* Sắt là yếu tố cân bằng; tối thiểu 22,0% được chỉ định làm mức sàn.
Tiêu chuẩn vật liệu quản lý
Các sản phẩm dạng ống Incoloy 825 dành cho dịch vụ khoan lỗ được điều chỉnh bởi nhiều tiêu chuẩn chồng chéo. Điều quan trọng nhất đối với dịch vụ chua được liệt kê dưới đây.
Bàn. Chất liệu chính và chua-Tiêu chuẩn dịch vụ cho ống Incoloy 825
|
Tiêu chuẩn |
Phạm vi/Mô tả |
Mức độ liên quan |
|
ASTM B829 / ASME SB-829 |
Yêu cầu chung đối với ống và ống liền mạch bằng hợp kim niken và niken |
Sản xuất & kiểm tra |
|
ASTM B423 / ASME SB-423 |
Ống và ống liền mạch Incoloy 825 (UNS N08825) |
Đặc điểm kỹ thuật sản phẩm chính |
|
API 5CT (ISO 11960) |
Vỏ và ống cho ngành dầu khí và khí đốt tự nhiên |
Phân loại hình ống downhole |
|
NACE MR0175 / ISO 15156-2 |
CRFD dành cho vật liệu kim loại dùng cho dịch vụ mang H₂S{0}}trong sản xuất dầu mỏ |
Trình độ dịch vụ chua |
|
ISO 15156-3 Bảng C.3 |
Vật liệu được phép sử dụng cho hợp kim austenit -; Incoloy 825 được liệt kê |
Chấp nhận hợp kim cụ thể |
|
ISO 10423 / API 6A |
Thiết bị đầu giếng và cây thông Noel |
Phần cứng bề mặt và{0}}dưới bề mặt |
|
ASME B31.3 |
Đường ống xử lý (dịch vụ nước chua và axit章节) |
Đường ống bề mặt và đường ống cơ sở |
Nguồn: ISO 15156-3:2015 + Amd 1:2017 - 'Ngành công nghiệp dầu mỏ và khí đốt tự nhiên - Vật liệu sử dụng trong môi trường chứa H₂S-trong sản xuất dầu khí - Phần 3: Hợp kim austenit chống nứt (và các hợp kim khác)'; ASTM B423-22.
Mẫu sản phẩm cho ứng dụng Downhole
Incoloy 825 được sản xuất với nhiều dạng sản phẩm phù hợp cho chuỗi hoàn thiện hố hạ cấp hoàn chỉnh. Các hình thức chính được sử dụng trong việc hoàn thiện giếng dầu chua là:
Ống liền mạch - OD 2⅜" đến 4½" (60,3–114,3 mm), phổ biến cho dây ống sản xuất
Vỏ liền mạch - OD 4½" đến 13⅜" dành cho dây vỏ trung gian và dây sản xuất
Đường ống cơ khí - dành cho đường dòng và đường tiêu diệt chịu dịch vụ chua
Các phụ kiện rèn, giá treo ống và khe co giãn - ASTM B564 / ASME SB-564
Ống hầu như luôn được cung cấp trong điều kiện làm nguội bằng dung dịch-ủ (SA) + nước{2}}, mang lại sự kết hợp tối ưu giữa khả năng chống ăn mòn và độ dẻo. Điều kiện SA tương ứng với các yêu cầu về bảng dữ liệu sản phẩm 'được ủ' hoặc 'được xử lý bằng dung dịch' trong tài liệu tuân thủ NACE MR0175 / ISO 15156.
Tính chất cơ học và ăn mòn
Thuộc tính cơ học (Nhiệt độ phòng, Dung dịch-Ủ)
Điều kiện ủ (SA) giải pháp của Incoloy 825 cung cấp sự kết hợp-cân bằng giữa độ bền, độ dẻo và độ bền khi nứt gãy cần thiết cho dịch vụ khoan lỗ an toàn. Các giá trị này đại diện cho các giá trị được chỉ định tối thiểu theo tiêu chuẩn ASTM B423 / ASME SB-423.
Bàn. Incoloy 825 - Thuộc tính cơ học tối thiểu được chỉ định (Giải pháp-Ủ, Nhiệt độ phòng)
|
Tài sản |
Giá trị |
Đơn vị |
Tiêu chuẩn kiểm tra |
|
Độ bền kéo (UTS) |
586 |
MPa (Lớn hơn hoặc bằng 85 ksi) |
ASTM E8 / ASTM A370 |
|
Cường độ năng suất (bù 0,2%) |
241 |
MPa (Lớn hơn hoặc bằng 35 ksi) |
ASTM E8 / ASTM A370 |
|
Độ giãn dài 2 inch (50 mm) |
30 |
% |
ASTM E8 / ASTM A370 |
|
độ cứng |
Nhỏ hơn hoặc bằng 201 |
HB (tối đa) |
ASTM E10 / Brinell |
|
Charpy V-Tác động mạnh (ở –40 độ ) |
Lớn hơn hoặc bằng 120 |
J (trung bình) |
ASTM E23 |
|
Mô đun Young |
196 |
GPa |
ASTM E111 |
|
Tỷ lệ Poisson |
0.289 |
- |
ASTM E132 |
Nguồn: ASTM B423-22 'Thông số kỹ thuật tiêu chuẩn cho ống và ống liền mạch hợp kim niken-đồng'; ASME SB-423; Bảng dữ liệu sản phẩm của Special Metals Corporation Incoloy 825 SMC-051 (Bản sửa đổi tháng 3 năm 2019).
Độ cao-Tính chất cơ học nhiệt độ
Nhiệt độ hạ lưu trong giếng chua thường dao động từ 80 độ (180 độ F) ở độ sâu nông đến hơn 200 độ (392 độ F) trong các bể chứa-áp suất cao (HP/HT) sâu. Độ bền nhiệt độ-cao của Incoloy 825 trong điều kiện SA phải được tính đến trong thiết kế.
Bàn. Incoloy 825 - Nâng cao-Đặc tính chịu kéo theo nhiệt độ (Điển hình, Giải pháp-Được ủ)
|
Nhiệt độ |
0,2% YS (MPa) |
UTS (MPa) |
Ghi chú |
|
Nhiệt độ phòng. (20 độ) |
241 |
586 |
Thông số tối thiểu |
|
100 độ (212 độ F) |
215 |
560 |
Đặc trưng |
|
150 độ (302 độ F) |
200 |
540 |
Đặc trưng |
|
200 độ (392 độ F) |
185 |
520 |
Đặc trưng; bắt đầu leo thang có thể đo lường được |
|
250 độ (482 độ F) |
170 |
495 |
Giảm ~30 % so với năng suất RT |
Nguồn: Tập đoàn kim loại đặc biệt, 'Bảng dữ liệu sản phẩm hợp kim Incoloy 825' SMC-051 (2019); Mã nồi hơi và bình áp lực ASME, Phần II Phần D, Bảng 5.4 (Phiên bản 2019).
Chống ăn mòn trong môi trường chua
Incoloy 825 có được khả năng chống chịu dịch vụ-có tính axit từ tác dụng hiệp đồng của bốn chất bổ sung hợp kim: (1) crom (19,5–23,5 %) tạo thành màng Cr₂O₃ thụ động có khả năng chống oxy hóa; (2) molypden (2,5–3,5 %) chống ăn mòn rỗ và kẽ hở trong môi trường clorua; (3) đồng (1,5–3,0 %) cải thiện khả năng chống lại axit khử (H₂SO₄, H₃PO₄); và (4) titan (0,6–1,2 %) ổn định cấu trúc vi mô chống lại sự nhạy cảm và ngăn chặn sự kết tủa cacbua biên giới của hạt.
Bàn. Incoloy 825 - Hiệu suất ăn mòn trong điều kiện thử nghiệm môi trường chua mô phỏng
|
Điều kiện kiểm tra |
Tốc độ ăn mòn (mm/năm) |
Hiệu suất |
Thẩm quyền giải quyết |
|
5 % H₂SO₄, sôi, 24 giờ |
0.26–0.50 |
Tốt; vượt trội so với 316L |
Phương pháp A của ASTM G28 |
|
20 % H₃PO₄, sôi, 48 giờ |
0.07–0.12 |
Rất tốt |
Phương pháp B của ASTM G28 |
|
H₂S-bão hòa 3,5 % NaCl, 90 độ , pH 3,5, 720 giờ (thử nghiệm SSCC) |
< 0.1 mm/yr (no cracking) |
Đạt NACE TM0177 / ASTM G39 |
NACE TM0177 |
|
ASTM G28A, 6 % Fe₂(SO₄)₃ + 3.5 % H₂SO₄, 120 giờ |
0,09–0,15 mm/năm |
Chấp nhận cơ bản |
ASTM G28A |
|
ASTM G48 Phương pháp D (65 độ, 10% FeCl₃, 72 giờ) |
Không rỗ (PRT Nhỏ hơn hoặc bằng 0,001 mm) |
Khả năng chống nứt tuyệt vời |
ASTM G48D |
Nguồn: Tập đoàn Kim loại Đặc biệt SMC-051; NACE International TM0177-2016 'Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn - Thử nghiệm kim loại trong phòng thí nghiệm về khả năng chống nứt do ứng suất sunfua và nứt ăn mòn do ứng suất trong môi trường H₂S'; ASTM G28-02(2015) 'Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn để phát hiện tính nhạy cảm đối với sự ăn mòn giữa các hạt trong hợp kim rèn, giàu niken, mang crom.'
NACE MR0175 / ISO 15156: Khung quy định
NACE MR0175 được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1975 bởi Hiệp hội Kỹ sư Ăn mòn Quốc gia (NACE, nay là Hiệp hội Hiệu suất và Bảo vệ Vật liệu AMPP -) để giải quyết các hư hỏng nứt do ứng suất sunfua trong sản xuất dầu và khí chua. Qua nhiều lần sửa đổi liên tiếp, tiêu chuẩn này đã được hài hòa với khuôn khổ CEN/CENELEC của Châu Âu, đạt đến đỉnh cao ở dạng ba phần-hiện tại là ISO 15156:
ISO 15156-1 - Nguyên tắc và định nghĩa chung về lựa chọn vật liệu
ISO 15156-2 - CRA chống nứt-(hợp kim chống ăn mòn-) và các hợp kim khác cho dịch vụ chua
CRA có khả năng chống nứt- ISO 15156-3 - để sử dụng trong môi trường chứa H₂S-ẩm ướt
NACE MR0175-Ấn bản năm 2003 / ISO 15156:2001 là phiên bản có hai số cuối cùng.
Ngày nay, tài liệu tham khảo chính thức cho ngành dầu khí toàn cầu là ISO 15156 (phiên bản hiện tại: 2015 + Amd 1:2017, được sửa đổi thêm vào năm 2020). NACE MR0175 được duy trì như một người bạn đồng hành trong khu vực ở Bắc Mỹ nhưng được thay thế về mặt kỹ thuật bởi tiêu chuẩn ISO.
Yêu cầu cốt lõi của ISO 15156
ISO 15156 áp đặt ba yêu cầu về khóa liên động đối với bất kỳ vật liệu nào được sử dụng trong dịch vụ chua:
1. Tình trạng luyện kim:Vật liệu phải ở trong điều kiện luyện kim được xác định và ghi chép lại (ví dụ: được ủ bằng dung dịch-, được chuẩn hóa, được tôi luyện-). Giới hạn độ cứng được chỉ định cho từng loại hợp kim.
2. Giới hạn về môi trường:Áp suất riêng phần H₂S tối đa cho phép, độ pH, nhiệt độ và nồng độ clorua được xác định cho từng nhóm hợp kim. Vật liệu đủ điều kiện sử dụng dịch vụ chua 'không hạn chế' (Phụ lục B của ISO 15156-2) không có trần pH₂S. Các hợp kim có mức độ chấp nhận hạn chế (Phụ lục C / Phụ lục D) có các đường bao môi trường được xác định.
3. Chứng từ và truy xuất nguồn gốc:Các nhà sản xuất vật liệu phải cung cấp Giấy chứng nhận sự phù hợp (hoặc Báo cáo thử nghiệm) để chứng minh rằng sản phẩm tuân thủ các điều kiện, hóa học và nhiệt độ đủ tiêu chuẩn. Số nhiệt phải được theo dõi từ nhà máy cho đến chế tạo đến lắp đặt.
Danh mục vật liệu theo ISO 15156-2 và -3
ISO 15156 chia các tài liệu dịch vụ-có tính chua thành năm loại:
Bàn. ISO 15156 - Danh mục vật liệu phục vụ chua chát
|
Loại |
Các loại hợp kim |
NACE MR0175 / Chấp nhận ISO |
|
Loại 1 |
Thép cacbon và thép hợp kim-thấp ( Nhỏ hơn hoặc bằng 1 % Cr, Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 % Mo) |
Phụ lục A; độ cứng Nhỏ hơn hoặc bằng 22 HRC; giới hạn pH₂S và pH hạn chế |
|
Loại 2 |
Thép không gỉ Austenitic (304, 316, 321, 347) |
Phụ lục B/C; môi trường hạn chế; giới hạn clorua và nhiệt độ |
|
Loại 3 |
Thép không gỉ song công và siêu{0}}song công (rèn và đúc) |
Phụ lục B; Các loại được liệt kê PMG và NACE MR0175; PMG Lớn hơn hoặc bằng 25 % Cr |
|
Loại 4 |
Lượng mưa-thép không gỉ cứng (PH) (17-4PH, 15-5PH) |
Phụ lục C; dung dịch-ủ + ủ; phạm vi môi trường hạn chế |
|
Loại 5 |
Hợp kim gốc niken-(Incoloy 825, Inconel 625/718, Hastelloy C-276/C-22) |
Phụ lục C Bảng C.3/C.4; khoan dung nhất; Tuân thủ NACE MR0175 'không hạn chế' cho hầu hết các lớp |
Nguồn: ISO 15156-2:2015 + Amd 1:2017, Bảng 1 'Danh mục vật liệu và tiêu chuẩn sản phẩm bắt buộc'; NACE MR0175 / ISO 15156-3:2015 Phụ lục C, Bảng C.3 và C.4.
Tuân thủ NACE MR0175: Tại sao Incoloy 825 đủ điều kiện
Incoloy 825 (UNS N08825) được liệt kê rõ ràng trong ISO 15156-3:2015 Bảng C.3 ("Hợp kim giàu niken austenit-được phê duyệt - sản phẩm rèn'). Danh sách này xác nhận rằng Incoloy 825 đủ tiêu chuẩn là hợp kim Loại 5 cho dịch vụ chua mà không cần thử nghiệm thêm trong phòng thí nghiệm, miễn là nó đáp ứng tất cả các điều kiện sau:
Hình thức sản phẩm: ống liền mạch, ống hoặc phụ kiện phù hợp với tiêu chuẩn sản phẩm được liệt kê (ASTM B423 / ASME SB-423, ASTM B829 / ASME SB-829)
Thành phần hóa học: nằm trong giới hạn thành phần UNS N08825 (xem Phần 2.1, Bảng 1)
Điều kiện luyện kim: dung dịch-ủ và nước-được làm nguội (SA); độ cứng Nhỏ hơn hoặc bằng 100 HRB (tương đương Nhỏ hơn hoặc bằng ~215 HB); không có kết tủa-tình trạng cứng hoặc già đi
Nồng độ clorua tối đa: không bị hạn chế đối với Incoloy 825 trong các điều kiện sản phẩm được liệt kê
Nhiệt độ tối đa: 190 độ (375 độ F) để chấp nhận dịch vụ chua theo Bảng C.3; mở rộng đến 225 độ với thử nghiệm được ghi lại theo Phụ lục D
Không có lớp phủ bề mặt hoặc lớp phủ mối hàn trừ khi được kiểm tra riêng theo yêu cầu ISO 15156-1
Danh sách kiểm tra xác minh tuân thủ từng bước-từng-
Đối với các kỹ sư mua sắm và thanh tra đảm bảo chất lượng (QA), danh sách kiểm tra sau đây tóm tắt bằng chứng tài liệu cần thiết trước khi ống Incoloy 825 được chấp nhận để lắp đặt dịch vụ chua:
Bàn. Danh sách kiểm tra xác minh tuân thủ NACE MR0175 / ISO 15156 - Ống Incoloy 825
|
# |
Mục xác minh |
Tiêu chí chấp nhận |
|
1 |
Xác nhận số UNS |
Giấy chứng nhận phù hợp ghi rõ 'UNS N08825' |
|
2 |
Tiêu chuẩn sản phẩm |
ASTM B423 / ASME SB-423 (hoặc loại tương đương được phê duyệt) được nêu trong báo cáo thử nghiệm của nhà máy |
|
3 |
Báo cáo hóa học nhiệt |
Tất cả các nguyên tố nằm trong giới hạn tại Bảng 1 (bài này); C Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05 %, Cr 19,5–23,5 %, Ni 38,0–46,0 %, Mo 2,5–3,5 %, Ti 0,6–1,2 % |
|
4 |
Truy xuất nguồn gốc số nhiệt |
Số nhiệt trên ống khớp với MTR và đơn đặt hàng |
|
5 |
Điều kiện luyện kim |
Báo cáo thử nghiệm tại nhà máy hoặc báo cáo luyện kim xác nhận tình trạng dung dịch-ủ + nước-được làm nguội (SA) |
|
6 |
độ cứng |
Nhỏ hơn hoặc bằng 100 HRB (hoặc Nhỏ hơn hoặc bằng 215 HB); khảo sát độ cứng ở mỗi đầu theo API 5CT / ASTM E18 |
|
7 |
Độ bền kéo và năng suất |
UTS Lớn hơn hoặc bằng 586 MPa, YS Lớn hơn hoặc bằng 241 MPa (nhiệt độ phòng, theo ASTM E8) |
|
8 |
Áp suất thử thủy tĩnh |
Áp suất thiết kế API 5CT / ASME B31.3 × 1,5 (tối thiểu); không có rò rỉ hoặc thất bại |
|
9 |
Kích thước và trọng lượng |
OD, WT, ID trôi trong phạm vi dung sai API 5CT; sự phù hợp của luồng (nếu có luồng) |
|
10 |
Đánh dấu |
Chữ lồng API hoặc tương đương; số nhiệt, kích thước, cấp độ và độ dày của tường được đánh dấu vĩnh viễn |
|
11 |
Kiểm tra của bên thứ-thứ ba (nếu được yêu cầu) |
Giấy chứng nhận kiểm tra EN 10204 Loại 3.1 hoặc 3.2; người khảo sát nhân chứng của các cuộc thử nghiệm |
|
12 |
Thư tuân thủ ISO 15156-3 Phụ lục C.3 |
Tuyên bố của nhà sản xuất về sự phù hợp với ISO 15156-3 Bảng C.3 |
Nguồn: ISO 15156-3:2015 + Amd 1:2017 Bảng C.3; API 5CT (ISO 11960:2020) Phiên bản thứ 10; NACE MR0175 / ISO 15156-1:2015 Phần 9 'Đánh giá sự phù hợp'; EN 10204:2004 'Sản phẩm kim loại - Các loại tài liệu kiểm tra.'
ISO 15156 KHÔNG đề cập đến những gì - Hạn chế đã biết
Nhóm mua sắm phải lưu ý đến các tình huống sau nằm ngoài phạm vi dịch vụ không đủ tiêu chuẩn- của Incoloy 825 hoặc yêu cầu đánh giá bổ sung:
Mối hàn và HAZ (vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt):-Tính chất kim loại cơ bản (Bảng C.3) KHÔNG tự động xác định chất lượng kim loại phụ trong mối hàn, quy trình hàn hoặc HAZ. Cần có trình độ chuyên môn riêng theo ISO 15156-1 Phần 8 và NACE MR0175 Phụ lục B.
Lớp phủ và-cứng: Mặt vệ tinh hoặc lớp phủ cứng tương tự-trên các kết nối theo luồng yêu cầu thử nghiệm riêng theo ISO 15156-1
Nhiệt độ trên 190 độ : Yêu cầu thử nghiệm được ghi chép theo tiêu chuẩn ISO 15156-1 Phụ lục D, sử dụng hóa chất lỏng cụ thể
Clo tự do hoặc chất oxy hóa mạnh: Không được đề cập trong ISO 15156; nên thử nghiệm-công việc một cách tích cực
Vật liệu đã qua sử dụng hoặc{0}}đã tiếp xúc với dịch vụ: Kiểm tra sau-bảo trì phải xác minh rằng độ cứng không tăng vượt quá giới hạn đủ tiêu chuẩn
Incoloy 825 so với hợp kim thay thế
Việc lựa chọn hợp kim chính xác cho giếng chua nhất định đòi hỏi phải cân bằng giữa chi phí, tính sẵn có, hiệu suất cơ học và khả năng chống ăn mòn. Phân tích so sánh sau đây đánh giá Incoloy 825 so với bốn lựa chọn thay thế phổ biến nhất: Thép không gỉ martensitic API L80 Loại 13Cr, thép không gỉ austenit 316L, Inconel 625 (UNS N06625) và thép không gỉ song công (UNS S31803 / S32750).

Bàn. So sánh toàn diện - Incoloy 825 so với các hợp kim lỗ khoan thay thế trong dịch vụ chua
|
Thuộc tính / Tiêu chí |
Incoloy 825 |
316L SS |
Inconel 625 |
13Cr Mactenxit |
|
Họ hợp kim |
Ni-Fe-Cr-Mo-Cu |
Austenit SS |
Ni-Cr-Mo-Nb |
SS Martensitic |
|
Hàm lượng Ni (% trọng lượng) |
38–46 |
10–14 |
Lớn hơn hoặc bằng 58 |
< 0.5 |
|
Cường độ năng suất (MPa, tối thiểu) |
241 |
170 |
414 |
552–655 |
|
Nhiệt độ tối đa cho dịch vụ chua (ISO 15156) |
190 độ (Bảng C.3) |
~60 độ (hạn chế) |
230 độ (Bảng C.4) |
~80 độ (độ cứng{1}}giới hạn) |
|
Kháng SSC |
Xuất sắc (NACE được liệt kê) |
Kém (không được liệt kê NACE) |
Xuất sắc |
Trung bình (PH₂S hạn chế) |
|
Kháng HIC |
Rất tốt |
Vừa phải |
Rất tốt |
Nghèo |
|
Khả năng chống rỗ (PREN)* |
~32 |
~24 |
~42 |
~13 |
|
Dung sai Cl⁻ |
Lên tới 50.000 trang/phút |
Nhỏ hơn hoặc bằng 2.000 ppm (nguy cơ rỗ) |
Lên tới 200.000 trang/phút |
Nhỏ hơn hoặc bằng 500 trang/phút |
|
Tính hàn |
Tốt (Ti{0}}ổn định) |
Tốt (L{0}}loại C Nhỏ hơn hoặc bằng 0,03 %) |
Xuất sắc |
Trung bình (yêu cầu PWHT) |
|
Danh sách ISO 15156 / NACE MR0175 |
ISO 15156-3 Bảng C.3 |
Không được liệt kê (316/316L) |
ISO 15156-3 Bảng C.4 |
ISO 15156-3 Phụ lục A (hạn chế) |
|
Tính sẵn có của ống OD điển hình |
2⅜"–4½" (API 5CT) |
Giới hạn ở OD nhỏ |
2⅜"–4½" (cao cấp) |
2⅜"–9⅝" (phạm vi API đầy đủ) |
|
Chỉ số chi phí tương đối (316L=1.0) |
~3.5–4.5× |
1,0× (đường cơ sở) |
~5–7× |
~1.5–2.0× |
|
Phạm vi dịch vụ chua được đề xuất |
pH₂S > 0,1 bar; Cl⁻ > 1.000 trang/phút; T > 100 độ |
Chỉ ngọt ngào hoặc ức chế |
HP/HT sour; acid gas (>30% CO₂) |
H₂S thấp (< 10 ppm); sweet; low Cl⁻ |
Nguồn: ISO 15156-3:2015 + Amd 1:2017 Bảng C.3, C.4; Dữ liệu ASTM AISI 316L từ ASTM A240/A240M-22; Dữ liệu Inconel 625 từ ASTM B443/ASME SB-443; Dữ liệu 13Cr (Loại L80) từ API 5CT và ISO 15156-3 Phụ lục A; PREN được tính bằng Cr + 3.3×Mo + 16×N (giá trị tối đa); chỉ số chi phí là ước tính Q1 2024 gần đúng cho sản phẩm liền mạch (nguồn: khảo sát giá ngành, S&P Global Commodity Insights).
* PREN (Số tương đương với khả năng chống rỗ)=Cr + 3.3×Mo + 16×N. PREN cao hơn cho thấy khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở cao hơn. PREN lớn hơn hoặc bằng 32 thường được coi là phù hợp với môi trường biển/clorua.
Khi nào nên chọn Incoloy 825
Dựa trên dữ liệu so sánh, Incoloy 825 là lựa chọn tối ưu khi xác nhận được các điều kiện giếng sau:
pH₂S Lớn hơn hoặc bằng 0,05 bar (áp suất riêng phần H₂S từ trung bình đến cao) - vượt quá phạm vi thực tế là 13Cr hoặc 316L
Clorua nước hình thành (Cl⁻) Lớn hơn hoặc bằng 1.000 mg/L - đặc biệt ở những cánh đồng trưởng thành có lượng nước cắt nhiều
Nhiệt độ lỗ khoan từ 80 độ đến 190 độ - trong phạm vi-cửa sổ chấp nhận ủ của giải pháp
Áp suất riêng phần CO₂ > 0,2 bar - tạo ra môi trường nước có tính axit có lợi cho sự ăn mòn đồng đều và rỗ
Dòng chảy nhiều{0}}pha (dầu + nước + khí) - làm tăng nguy cơ lắng đọng-gây ra cuộc tấn công cục bộ
Sản xuất cát hoặc dòng chảy-tốc độ cao - xói mòn cơ học làm trầm trọng thêm sự ăn mòn
Nếu H₂S không có hoặc rất thấp (< 0.003 bar pH₂S) and the well is sweet (CO₂ only), carbon steel or L80 13Cr tubing will be significantly more cost-effective. At the other extreme-HP/HT deep sour gas wells with very high chloride and temperatures approaching 230 °C-Inconel 625 or a more highly alloyed super-austenitic grade may be required despite the higher cost.
Nghiên cứu trường hợp và bằng chứng thực địa
Một nhà điều hành lớn ở Thềm lục địa Na Uy đã triển khai ống Incoloy 825 SA 2⅞" trong giếng khí chua HPHT lệch ở độ sâu đo được là 3.200 m với nhiệt độ đáy-lỗ là 162 độ và pH₂S là 0,8 bar. Giếng này tạo ra hỗn hợp khí chứa 18 mol% CO₂ và 620 ppm H₂S ở áp suất ống chảy là 420 bar. Sau 5 năm hoạt động sản xuất liên tục, giám sát độ dày thành siêu âm (UT) cho thấy không phát hiện thấy tổn thất kim loại nào có thể đo được. Không phát hiện thấy SSC hoặc HIC trong ống được lấy ra trong quá trình sửa chữa theo kế hoạch. Hóa chất của ống được xác nhận nằm trong giới hạn UNS N08825 trên các mối nối được lấy ra;
So sánh thử nghiệm mỏ dầu cacbonat Trung Đông - Incoloy 825 và. 13Cr
Một công ty dầu mỏ quốc gia thuộc Hội đồng Hợp tác vùng Vịnh (GCC) đã tiến hành một thử nghiệm song song so sánh ống 3½" 13Cr (Loại L80) và ống Incoloy 825 SA 3½" tại các nhà sản xuất dầu chua liền kề từ cùng một bể chứa cacbonat (Tập đoàn Thamama). Clorua nước sinh ra là 68.000 mg/L; Độ pH₂S dao động trong khoảng 0,15–0,40 bar trên toàn cánh đồng. Sau 18 tháng sản xuất, kiểm tra điện từ (ECDA) đối với ống 13Cr cho thấy có vết rỗ cục bộ ở 8 trong số 14 khớp nối dụng cụ và một vết nứt SSC tại khu vực phốt khớp nối. Ống 13Cr đã được kéo và thay thế. Ống Incoloy 825 từ giếng ghép đôi không có hiện tượng rỗ và không có chỉ số SSC sau 36 tháng. Tổng chi phí của sự cố 13Cr (sửa chữa + thay thế + sản xuất hoãn lại) ước tính khoảng 4,2 triệu USD, so với mức phí bảo hiểm bổ sung 1,1 triệu USD/dặm của Incoloy 825. Tham khảo: SPE 183070 (Hiệp hội Kỹ sư Dầu khí, 2016).
Vịnh Mexico nước sâu - Đường ống Incoloy 825 và ống dẫn nước
Một dự án vùng nước sâu ở Vịnh Mexico đã sử dụng Incoloy 825 cho cả ống sản xuất (4½" OD, 10,50 mm WT) và dây nối dòng chảy dưới biển (6⅝" OD) cho trường ngưng tụ khí chua ở độ sâu 1.800 m nước. Dòng giếng chứa 35 mol% CO₂ và 2.100 ppm H₂S. Tổng clorua trong nước sản xuất đạt đỉnh 95.000 mg/L ở 165 độ BHT. Sau 4 năm vận hành, quy trình đã được kiểm tra bằng-các công cụ kiểm tra trong dây chuyền (ILI); không phát hiện thấy tổn thất trên thành vượt quá 5%. Đường ống và dòng chảy Incoloy 825 đã được xác nhận hoàn toàn tuân thủ NACE MR0175 và các thông số kỹ thuật của nhà điều hành. Tham khảo: OTC 27859, 2017.


