ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к листку № 51-162-99

При разработке нефтегазовых месторождений, содержащих h ₂s и СО ₂, а также при транспортировке и переработке подобных флюидов используется оборудование в коррозионностойком исполнении. В России применяется в основном импортное оборудование, предназначенное для работы в нефтегазовой среде с содержанием Н ₂s и СО ₂ до 6% каждого. Освоение новых месторождений в Казахстане и Туркменистане (транспортировка по трубопроводам через Россию), в Астраханской и частично в Волгоградской областях с высоким содержанием Н ₂s и СО ₂ потребовало специального оборудования, к которому предъявляются жесткие требования. Сероводород является отравляющим веществом, его утечка приводит к крупномасштабному поражению людей, флоры и фауны.

При разработке противовыбросового оборудования решена крупная научно-техническая проблема по созданию технических средств для бурения скважин в особо агрессивных средах - на месторождениях с аномально высоким содержанием Н ₂s при наличии СО ₂. Проведен цикл исследований, которые позволили освоить опытно-промышленное производство новой стали типа 20ХГСДЮЧЛ, литых и кованых заготовок из этой стали для превенторов и оборудования устья скважины, работоспособных при давлении 70 МПа (испытательное давление 105 МПа) и флюидопроявления с содержанием Н ₂s и СО ₂ до 25% по объему каждого. В процессе оптимизации химического состава и отработки технологии отливки заготовок деталей сложной конфигурации, работающих под давлением, принимали особые меры по предотвращению сероводородного растрескивания как отливок, так и деталей, находящихся под воздействием Н ₂s. Известно, что обычные углеродистые и легированные, а также традиционные нержавеющие стали, пребывающие в среде Н ₂s, подвергаются межкристаллитной коррозии, которая внешне себя не проявляет. Но под воздействием давления флюидов «зараженные» такой коррозией детали буквально взрываются. Это крайне опасное явление может привести к экологической катастрофе. Проблема усугубляется тем, что при легировании сталей редкоземельными элементами для исключения сероводородного растрескивания ухудшаются литейные свойства заготовок. Вследствие этого провоцируется образование микротрещин и очагов разрушения металла, появляющихся без контакта с Н ₂s - в процессе кристаллизации после заливки жидкого металла в формы. Поэтому приходилось одновременно обеспечивать и удовлетворительные литейные свойства стали в заготовках, и их коррозионную стойкость в среде Н ₂s, отягощенную высоким рабочим давлением среды.

Для решения этой многофакторной проблемы выбран путь микролегирования стали редкоземельными элементами, при этом содержание углерода доведено в среднем до 0,27%, ограничена суммарная концентрация марганца и кремния до 2%. Склонность стали к сероводородноу растрескиванию определяли на образцах, помещенных в особую среду типа naca (с предельным содержанием Н ₂s) и нагруженных одноосным растяжением. Получены высокие механические, пластические и литейные свойства стали 20ХГСДЮЧЛ в реальных отливках, в т.ч. предел текучести _т480 Мпа, ударная вязкость 28%. Контрольные образцы стали промышленной плавки выдерживали в коррозионной среде в течение 1000 часов при напряжениях 400 Мпа - разрушения не наблюдали. В итоге освоено производство низколегированной литейной стали при следующем соотношении компонентов, мас.%: углерод - 0,22-,032; марганец - 0,9-1,7; кремний - 0,52-1,1; хром - 1,1-1,9; медь - 0,2-0,6; алюминий - 0,04-0,14; кальций - 0,002-0,02; барий - 0,002-0,02; окислы редкоземельных металлов - 0,02-0,08; железо - остальное. Параллельно этому режимы сварки деталей из стали типа 20 ХГСДЮЧЛ с обеспечением стойкости сварных соединений к сероводородному растрескиванию. Разработаны и проверены всесторонними испытаниями новые марки резин, резиновых и резинометаллических уплотнителей, работоспособных в среде Н ₂s и СО ₂. В среде углекислого газа резины превращаются в жесткие и хрупкие образования. Из стали 20ХГСДЮЧЛ освоено также производство кованых коррозионно-стойких заготовок с пределом текучести 550 МПа. Решена проблема износостойкой наплавки ответственных деталей, сохраняющих свои свойства в среде Н ₂s и СО ₂.