НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ И МЕТОДОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ СТАЛЕЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА НЕФТЕПРОМЫСЛОВЫХ ТРУБ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ И КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ

  • Михаил Александрович Выбойщик Тольяттинский государственный университет
  • Андрей Владиславович Иоффе ООО «ИТ-Сервис»
Ключевые слова: нефтепромысловые среды, нефтегазопроводные трубы, насосно-компрессорные трубы, базовая сталь, коррозионная стойкость, прочность, пластичность, трещиностойкость, водородное растрескивание, углекислотная коррозия, структурное состояние, термическая обработка, термомеханическая обработка

Аннотация

Проведен обзор аварийности нефтепромыслового и транспортирующего оборудования и отмечено значительное (в разы, а иногда в десятки раз) превышение допустимых показателей надежности трубопроводных систем по значениям удельной частоты отказов (шт/км/год). Показано, что основной причиной деградации и разрушения труб является внутренняя коррозия, которая в зависимости от состава добываемых сред выражается одним преобладающим или сочетанием нескольких видов коррозионно-механического разрушения: водородное растрескивание, сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением, углекислотная, сульфидная и бактериальная коррозии. На основе обобщения и систематизации результатов многочисленных исследовательских и прикладных работ по разработке и освоению новых трубных сталей повышенной прочности и коррозионной стойкости представлены основные научные положения формирования коррозионной стойкости сталей в высокоагрессивных нефтепромысловых средах. Разработана методология и предложена последовательность мероприятий (алгоритм) решения поставленных задач по разработке сталей для производства труб нефтяного сортамента с более высокими механическими свойствами и стойкостью к коррозионно-механическому разрушению. Определен перечень необходимых исследований, испытаний и требований к качеству продукции. Дано обоснование рациональности используемых подходов, методов и решений по легированию, микролегированию, модифицированию и выбору структурного состояния разрабатываемых сталей, а также по технологии изготовления труб. Приведены примеры разработки новых сталей повышенной прочности и коррозионной стойкости и, соответственно, успешного решения поставленных вопросов повышения эксплуатационных свойств нефтегазопроводных и насосно-компрессорных труб.

Биографии авторов

Михаил Александрович Выбойщик, Тольяттинский государственный университет

доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика»

Андрей Владиславович Иоффе, ООО «ИТ-Сервис»

кандидат технических наук, руководитель департамента материаловедения

Литература

Завьялов В.В. Проблемы эксплуатационной надёжности трубопроводов на поздней стадии разработки месторождений. М.: ВНИИО-ЭНГ, 2005. 322 с.

Князькин С.А. Выбор состава и структуры стали для изготовления насосно-компрессорных труб с повышенными эксплуатационными характеристиками : дис. … канд. техн. наук. Пенза, 2013. 165 с.

Иоффе А.В., Тетюева Т.В., Выбойщик М.А., Князькин С.А., Зырянов А.О. Коррозионно-механическое разрушение насосно-компрессорных труб из углеродистых и легированных сталей при эксплуатации в средах, содержащих сероводород // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 10. С. 4–9.

Nagumo M. Fundamentals of hydrogen embrittlement. Singapore: Springer Nature, 2016. 241 p.

Lynch S.P. Hydrogen embrittlement phenomena and mechanisms // Corrosion Reviews. 2012. Vol. 30. № 3-4. P. 105–123.

Robertson I.M., Sofronis P., Nagao A., Martin M.L., Wang S., Gross D.W., Nygren K.E. Hydrogen embrittlement understood // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2015. Vol. 46. № 6. P. 2323–2341.

Маркин А.Н., Низамов Р.Э. СО2-коррозия нефтепромыслового оборудования. М.: ВНИИОЭНГ, 2003. 188 с.

Sun J., Sun C., Wang Y. Effect of Cr content on the electrochemical behavior of low-chromium X65 steel in CO2 environment // International Journal of Electrochemical Science. 2016. Vol. 11. № 10. P. 8599–8611.

Ko M., Ingham B., Laycock N., Williams D.E. In situ synchrotron X-ray diffraction study of the effect of chromium additions to the steel and solution on CO2 corrosion of pipeline steels // Corrosion Science. 2014. Vol. 80. P. 237–246.

Sun J., Sun C., Lin X., Cheng X. Effect of chromium on corrosion behavior of P110 steels in CO2-H2S environment with high pressure and high temperature // Materials. 2016. Vol. 9. № 3. P. 200.

Li D.-P., Zhang L., Yandg J.-W., Lu M.-X., Ding J.-H., Liu M.-L. Effect of H2S concentration on the corrosion behavior of pipeline steel under the coexistence of H2S and CO2 // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. 2014. Vol. 21. № 4. P. 388–394.

Choi Y.S., Nesic S., Ling S. Effect of H2S on the CO2 corrosion of carbon steel in acidic solution // Electrochimica Acta. 2011. Vol. 56. № 4. P. 1752–1760.

Эфрон Л.Н. Металловедение в «большой» металлургии. Трубные стали. М.: Металлургиздат, 2012. 696 с.

Штремель М.А. Инженер в лаборатории. М.: Металлургия, 1983. 128 с.

Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: МИСИС, 2005. 432 с.

Степанов А.А., Ламухин А.М., Иоффе А.В. Низколегированная сталь: патент РФ № 2283362; заяв. № 2004136056/02 от 09.12.2004; опубл. 10.09.2006.

Иоффе А.В., Немтинов А.А, Денисова Т.В. Сталь: патент РФ № 2361958; заяв. № 2007134119/02 от 12.09.2007; опубл. 20.07.2009.

Иоффе А.В., Тетюева Т.В., Денисова Т.В. Коррозионностойкая сталь для насосно-компрессорных и обсадных труб: патент РФ № 2371508; заяв. № 2008122659/02 от 04.06.2008; опубл. 27.10.2009.

Выбойщик М.А., Иоффе А.В. Разработка стали, стойкой к углекислотной коррозии в нефтедобываемых средах // Перспективные материалы. Т. VI. Тольятти: ТГУ, 2017. С. 115–160.

Tetyueva T.V., Ioffe A.V., Vyboishchik M.A., Knyaz’kin S.A., Trifonova E.A., Zyryanov A.O. Effect of inoculation, microalloying and heat treatment on corrosion resistance and mechanical properties of steel 15Kh5M // Metal Science and Heat Treatment. 2013. Vol. 54. № 9-10. P. 504–511.

Опубликован
2019-03-30
Выпуск
Раздел
Технические науки