深层高含硫气井高强度低合金钢油井管技术现状及展望

作     者：袁军涛 韩燕 李轩鹏 付安庆 冯耀荣 杨放 林凯 YUAN Juntao;HAN Yan;LI Xuanpeng;FU Anqing;FENG Yaorong;YANG Fang;LIN Kai

作者机构：油气钻采输送装备全国重点实验室•中国石油集团工程材料研究院有限公司陕西西安710077 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2024年第44卷第11期

页      面：127-135页

核心收录：

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 08[工学] 082002[工学-油气田开发工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目“双金属冶金复合管互扩散梯度界面微观结构特征及复杂油气开采环境损伤机制”(编号:52071338) 中国石油天然气集团有限公司科技项目“石油工程基础材料、基础元器件研究”(编号:2023ZZ11) 中国石油天然气集团有限公司软科学研究课题“支撑集团公司高端装备制造的工程材料发展战略研究”(编号:中油研20240133) 

主　　题：深层油气 硫化氢 硫化物应力腐蚀开裂(SSC) 油井管 高强度 显微组织 低合金钢 SSC敏感性 

摘      要：中国深层高含硫油气资源丰富、潜力巨大,是未来重要的接替资源,但深部油气勘探开发及苛刻服役工况(超高温、超高压、高含酸性气体)对油井管柱强度和抗硫化物应力腐蚀开裂(SSC)性能提出了更高的挑战和要求。油井管柱轻量化和完整性是其安全高效开发的重要保障,这对油井管强度和SSC提出了更高的要求。由于强度升高会导致更高的SSC敏感性,因此强韧性与SSC抗性的匹配成为油井管安全服役的关键。为此,在系统分析钢质油井管的SSC机制及影响因素的基础上,分析了高强度低合金钢抗硫油井管产品体系、材料开发及SSC试验评价的技术现状,展望了未来发展方向。研究结果表明:①钢质油井管发生SSC的本质在于氢与钢中缺陷的相互作用,而冶金因素(如化学元素、显微组织等)决定着钢中缺陷种类、数量及分布;②通过化学成分优化、纳米级析出相调控、夹杂物优化、降低位错密度等方法获得均匀细小的马氏体组织及均匀弥散分布的纳米级碳化物是改善125 ksi(1 ksi=6.895 MPa)钢SSC抗性的有效途径;③传统SSC试验方法已不适用于高强度抗硫油井管的评价,应建立适合于超深井工况的SSC风险分级指标,形成适用于超深井用高强度抗硫油井管的全尺寸SSC评价方法。结论认为:①提出了利用材料基因工程技术加快具有理论意义和应用价值的抗硫油井管成分—组织设计及开发理念;②应持续加快125 ksi抗硫油井管的研发,明确其质量控制体系和应用边界,为深层高含硫气井用高强度抗硫油井管的安全服役提供支撑。