在(石)油、(天然)气生产领域,伴随腐蚀性低的浅井油气资源的枯竭,对腐蚀性高的高压深井的开发一直在增加。而且,近年作为比石油燃烧时CO2排放量少的清洁能源,对天然气的需求正在急增,世界主要的石油公司也在将注意力转向天然气的开发。石油多藏于地下2000~3000米的地层,而天然气则贮于更深且腐蚀性更严重的环境中,故其开采条件更恶劣。这类油气井含有各种各样的腐蚀性气体H2S和CO2等,这种酸性化的油气环境被称作酸性环境,对钢铁材料会产生极严重的腐蚀。
用于油气生产的无缝钢管称作油井管(简称OCTG)。伴随深井化和腐蚀环境的苛刻化,油井管须有高强度和高耐蚀性。过去日本的钢铁生产厂家开发了由兼具高强度和高耐蚀性的高Ni基合金和不锈钢、低合金钢组成的各种油井管。其中,低合金钢管暴露在含有H2S的酸性环境中,就会产生源自硫化物应力裂纹(SSC)的氢脆性断裂,且越是高强度钢越易造成SSC。故过去是将能用于酸性环境的油井管的最高强度限制在110Ksi(千磅/英寸2),即屈服强度758MPa级以内。若要生产超过110Ksi级的高强度钢管,须解决深井化的自重增加而可能产生的压坏耐久问题,以及因钢管薄壁化细长化而成本增加的问题。
为了满足市场需求,住友金属公司综合技术研究所与歌山制铁所共同开发了兼具超高强度和耐酸(SCC)性的低合金油井管,在世界上首次进行了125Ksi(屈服强度862MPa)级超高强度耐酸低合金油井管的实用化,从而使过去无法进行的高深度高腐蚀性天然气井的开发成为可能。
这种兼具超高强度和耐酸(SCC)性的低合金油井管的开发方针及材质的设计思路:将钢中夹杂物细化弥散、有效利用毫微(10-9)尺寸C(碳)化物、减低金相组织中的位错密度并控制晶界C化物的形态,采用这些措施即能使钢的组织最佳化,从而获得所要求性能。
利用以上的组织控制手段开发的125Ksi(屈服强度862MPa)级超高强度耐酸(耐H2S)腐蚀的低合金油井管已经实用化。此油井管材料的高功能化,使过去无法生产的4~6km级高深度(特别是海底位置)的天然气井开发成为可能,对向世界供应清洁能源天然气的工程作出了重要贡献。今后,高深度高腐蚀性天然气井的开发将会在全世界加速,更多清洁能源的需求和供应都是可以期待的。(心远)