Технологии производства стальных бесшовных труб для добычи трудноизвлекаемых углеводородов

Дан обзор основным направлениям разработки современных трубных сталей, технологии их выплавки, а также горячей прокатки и термообработки для удовлетворения возросших требований к бесшовным трубам для добычи нефти и газа в сложных условиях. Задачи Газпрома в освоении новых ресурсов определили разработку технических требований к высокопрочным хладостойким, сероводородостойким и стойким к углекислотной коррозии обсадным и насосно-компрессорным трубам. Даны металловедческие основы разработки новых марок высококачественной стали с минимальным содержанием серы, фосфора, растворенных газов и режимов их обработки, состоящие в выборе химического состава с учетом задачи формирования мартенситной структуры при закалке и последующего высокого отпуска для формирования требуемого сочетания прочности и вязкости. При этом показано, что оптимальная комбинация высокой прочности и вязкости при температуре минус 60 °С может быть достигнута при легировании хромомолибденовой стали с содержанием углерода около 0,25 % (по массе) карбидообразующими элементами ванадием и ниобием. Обеспечение стойкости к сульфидному растрескиванию под напряжением стали данного типа обеспечивается также микролегированием, направленным на измельчение исходного аустенитного зерна, и целевым для каждого уровня прочности содержанием молибдена, определяющим как высокую прокаливаемость, так и замедление разупрочнения при отпуске. Разработаны новые составы коррозионностойких марок стали мартенситного класса с 13 % хрома, обеспечивающие требуемую стойкость к углекислотной коррозии наряду с улучшенной хладостойкостью и повышенной прочностью по сравнению с базовой композицией типа 20Х13. Приведены результаты реконструкции электросталеплавильного и прокатного производства на Волжском трубном заводе, позволившие обеспечить требуемое качество новой продукции от непрерывнолитой стальной заготовки до готовых труб.

1. Люгай Д.В., Скоробогатов В.А. Концептуальные основы стратегии развития минерально-сырьевой базы газовой промышленности России и ПАО «Газпром» до 2050 г. // Научно-технический сборник Вести газовой науки. 2016. № 1 (25). С. 4 - 15.

2. Маркелов В.А., Черепанов В.В., Филиппов А.Г. и др. Обоснование стратегии освоения ачимовских отложений Уренгойского месторождения // Газовая промышленность. 2016. № 1 (733). С. 40 - 45.

3. Сулейманов Р.С., Маринин В.И. Развитие ресурсной базы ООО «Газпром добыча Уренгой» // Газовая промышленность. 2008. № 8. С. 10 - 13.

4. Люгай Д.В. Особенности освоения и проектирования разработки Чаяндинского НГКМ // Газовая промышленность. 2010. № 14. С. 56 - 58.

5. Штремель М.А. Разрушение. - В 2-х кн., кн. 2. Разрушение структур. - М.: ИД МИСиС, 2015. - 976 с.

6. Krauss G. Martensite in steel: strength and structure // Materials Science and Engineering: A. 15 Dec. 1999. Vol. 273-275. P. 40 - 57.

7. De Ardo A.J. Fundamental metallurgy of niobium in steel // International Symposium Niobium 2001. AIME-TMS. Orlando, FL. 2002. Р. 427 - 500.

8. Усков Д.П., Пышминцев И.Ю., Мальцева А.Н. и др. Влияние легирования на свойства высокоотпущенных сталей, применяемых для производства обсадных труб // Вестник ЮУрГУ. Металлургия. 2017. Т. 17. № 2. С. 41 - 46.

9. Стеклов О.И. Стойкость материалов и конструкций к коррозии под напряжением. - М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.

10. Lynch S.P. Hydrogen effects in Metals /A.W.Thompson, I.M. Bernstein eds. The Metallurgical Society, 1981. P. 863.

11. Fowler С. NACE MR0175. Does it work for you? // Proceedings of Microalloyed Steels for Sour Service International Seminar. CBMM-TMS. 2012. P. 27 - 34.

12. Elboujdiani M. Hydrogen - Induced Cracking and Sulfide Stress Cracking. Uhlig’s Corrosion Handbook. Revie R.W. ed. NY: Wiley, 2011. Р. 183 - 194.

13. Ерехинский Б.А., Чернухин В.И., Арабей А.Б. и др. Разработка отечественных высокопрочных труб нефтяного сортамента, стойких в средах, содержащих сероводород // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2016. № 4. С. 40 - 46.

14. Mitsuo K., Takanori T., Ken S. High Cr stainless steel OCTG with strength and superior corrosion resistance// JFE Giho. 2005. No. 9. P. 7 - 12.

15. Gooch T.G. Heat treatment of welded 13 % Cr - 4 % Ni martensitic stainless steels for sour service // Supplement to the Welding Journal. July 1995. P. 213 - 223.

16. Soares R.B., Lins V.F.C. Corrosion resistance of rolled and rerolled super martensitic steel in media containing chlorides and hydrogen sulfide // Revista Materia. 2017. Vol. 22. No. 4.

17. Битюков С.М., Лаев К.А., Мушина О.В. и др. Повышение характеристик хладостойкости трубных сталей с 13 % Cr группы прочности 80 ksi // Черная металлургия. Бюл. ин-та «Черметин-формация». 2010. № 12 (1332). С. 58 - 62.

18. Клачков А.А. Комплексное развитие мощностей для производства труб нефтяного сортамента // Сталь. 2009. № 11. С. 59 - 62.

19. Клачков А.А., Красильников В.О., Лубе И.И. и др. Реконструкция сталеплавильного комплекса ОАО ТМК // Сталь. 2006. № 5. С. 95 - 98.

20. Клачков А.А. Модернизация производства высококачественных бесшовных труб из непрерывнолитой заготовки // Сталь. 2011. № 4. С. 42 - 43.

21. Емельянов А.В., Щербаков Б.Ю., Рекин С.А. и др. Современные технологии крепления горизонтальных скважин // Газовая промышленность. 2006. № 11. С. 76 - 78.