酸性溶液中抽油桿用9Cr鋼與20CrMo鋼的腐蝕及力學性能對比

  隨(sui)著我(wo)國各大油(you)(you)(you)(you)田開采年限(xian)的(de)(de)(de)增加、海上油(you)(you)(you)(you)氣(qi)開發(fa)以及油(you)(you)(you)(you)田高(gao)(gao)壓開采等技術的(de)(de)(de)推廣(guang),抽油(you)(you)(you)(you)桿的(de)(de)(de)服役環境朝(chao)深井(jing)、強腐(fu)蝕(shi)、重油(you)(you)(you)(you)等方向發(fa)展,接觸的(de)(de)(de)環境越來越惡劣(lie)。抽油(you)(you)(you)(you)桿腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)(de)主(zhu)要機理(li)包括電化(hua)學腐(fu)蝕(shi)、CO2腐(fu)蝕(shi)和H2S腐(fu)蝕(shi)等,腐(fu)蝕(shi)形態主(zhu)要分為(wei)均(jun)勻(yun)腐(fu)蝕(shi)和局(ju)部腐(fu)蝕(shi),其中(zhong)局(ju)部腐(fu)蝕(shi)以腐(fu)蝕(shi)裂紋、點蝕(shi)和坑蝕(shi)為(wei)主(zhu)。特別是(shi)含H2S的(de)(de)(de)油(you)(you)(you)(you)井(jing)環境中(zhong),目(mu)前普遍采用(yong)20CrMo材(cai)質制造抽油(you)(you)(you)(you)桿,但由于無(wu)法達到(dao)超(chao)高(gao)(gao)強度和高(gao)(gao)耐蝕(shi)性的(de)(de)(de)需(xu)求,斷(duan)裂事故不斷(duan)發(fa)生,嚴重影響了原油(you)(you)(you)(you)產量(liang),增加了修井(jing)費用(yong),提高(gao)(gao)了采油(you)(you)(you)(you)成本。

  Cr是一(yi)種提高鋼的耐(nai)酸(suan)腐(fu)蝕和耐(nai)氯鹽腐(fu)蝕的較廉(lian)價的合金元(yuan)素。科研人員(yuan)通過(guo)降低(di)C、Mn、S、P含量(liang),大幅度增加Cr元(yuan)素含量(liang),以(yi)探索開(kai)發一(yi)種低(di)C高Cr超(chao)高強(qiang)度耐(nai)腐(fu)蝕的抽(chou)(chou)油(you)桿(gan)(gan)用鋼—9Cr鋼。針對(dui)現有高強(qiang)度和新型(xing)超(chao)高強(qiang)度抽(chou)(chou)油(you)桿(gan)(gan)在(zai)H2S環境中(zhong)耐(nai)蝕性研究(jiu)的不足,通過(guo)在(zai)酸(suan)性溶(rong)液中(zhong)的全浸(jin)試驗(yan)和慢應變(bian)速率拉伸試驗(yan),對(dui)常用20CrMo和新型(xing)9Cr鋼兩種抽(chou)(chou)油(you)桿(gan)(gan)材料的抗H2S腐(fu)蝕開(kai)裂性能進行了表征和對(dui)比。

  設計了一種新型的(de)抽(chou)油(you)桿(gan)用鋼0.08C-9Cr(以下(xia)簡稱9Cr鋼),采用真空(kong)感應冶煉,鑄(zhu)坯經1200℃保溫(wen)(wen)1h后(hou)鍛(duan)造成(cheng)Φ25.4mm的(de)圓(yuan)棒,終鍛(duan)溫(wen)(wen)度900℃,鍛(duan)后(hou)空(kong)冷(leng)至室溫(wen)(wen)。對比材料為GB/T26075-2010標準D級抽(chou)油(you)桿(gan)用20CrMo鋼,直(zhi)接從抽(chou)油(you)桿(gan)成(cheng)品中取樣。

  9Cr鋼(gang)圓棒熱處(chu)(chu)理(li)工藝:加熱至860℃保溫20min,然(ran)后空冷至室溫,200℃回(hui)火1h后空冷至室溫。20CrMo鋼(gang)的熱處(chu)(chu)理(li)工藝為880℃淬火加500℃高溫回(hui)火。對比試驗得(de)出(chu)如下結論:

  (1)NACE溶液浸泡試驗及擬合結果表明,9Cr鋼的耐蝕性明顯好于20CrMo鋼。9Cr鋼在整個浸泡試驗階段腐蝕速率保持穩定。20CrMo鋼浸泡初期的腐蝕速率與9Cr鋼相當,隨著浸泡時間的延長,腐蝕速率不斷增加,明顯高于9Cr鋼。
  (2)在(zai)H2S環(huan)境溶(rong)液中(zhong)的慢應變速率拉伸試驗結果(guo)表明,9Cr鋼的抗(kang)拉強度和拉斷(duan)時間都(dou)高(gao)于(yu)20CrMo鋼,但其斷(duan)面收(shou)縮率顯(xian)著小于(yu)20CrMo鋼。9Cr鋼的抗(kang)硫化氫應力(li)腐蝕開裂性能較差,其主要原因(yin)是采用低溫(wen)回(hui)火,強度更高(gao)。