吴春春

 

上海速威特种合金有限公司

 

 

 

SOONV-ALLOY 718是以体心四方 NiNb（ r”）和面心立方Ni(Al,Ti,Nb)(r’)强化的镍基高温合金，在低温和700°C以下具有高的屈服强度、拉伸以及持久强度，在650-760°C具有良好的塑性，组织和元素稳定扩散速度较低，时效硬化反应很慢，无论在固溶或时效态下都具有良好的成型性和焊接性。起初SOONV-ALLOY 718的研发主用服务于飞机发动机涡轮盘、轴和叶片等高温部件以及在一些低温以及超低温结构件上的应用，后来由于其具有较强的抗HS₂ 性能于上个世纪末在石油开采以及冶炼的过程中也得到了广泛的应用。国人的油气开发大规模应用该材料主要开始于四川普光油气项目。

 2009年的时候上海速威特种合金有限公司承接普光项目部分SOONV ALLOY-718合金的原始技术参数测试以及材料供应。

API6A标准对SOONV ALLOY-718的化学成分要求（与ASME标准有细微差异）

 

            

正是由于SOONV ALLOY-718化学成分的特殊性才决定了其在油气行业应用的优异性能。下面我从当时普光的实际工况应用中来阐述SOONV ALLOY-718具体的表现以及应用考量。

 川渝地区是我国天然气富集区，也是井喷事故发生频率最高的地区，历史上曾发生过多起重、特大井喷事故，不仅造成了重大的人员伤亡和经济损失，也严重影响了川东北地区的勘探开发进程。进入21世纪以来，随着钻井技术的发展，该地区的勘探开进入了一个新时期，相继发现了多个大型气田，普光气田是其中之一。普光气田H₂S平均含量15％，CO₂平均含量８％，原始气层压力平均55.8MPa，平均配产80×104ｍ^３，是典型的高含硫、高压、高产的“三高”气田。在钻井期间面临“喷、漏、塌、卡、硬、斜、毒”等诸多施工风险，若井身结构不合理、套管选型不当或固井水泥不能有效封堵气层，易发生钻井安全事故，甚至发生套管腐蚀、硫化氢泄露等难以处理的重大安全事故。

 

　   普光气田管材选择方案综合考虑了钻井、采气及产层改造等工艺的要求。对于生产套管，不仅要考虑地层孔隙压力对套管强度的影响，还要考虑能承受长期开采过程中气体可能进入套管与油管环空所产生的内压力，以及在井下高温、高压情况下地层流体等对生产套管的腐蚀破坏等一系列因素。结合普光气田H₂S最高分压9.65MPa，CO₂最高分压6.5MPa，CL-质量浓度15000mg／m³，气藏温度120~133℃等储层特征，177.8ｍｍ生产套管在气层顶以上200ｍ至井底采用了钢级分别为SM2242110、VM825110、TN028，壁厚12.65ｍｍ的SOONV ALLOY-718气密封扣型套管，其他井段采用110SS高抗硫气密封扣型套管。273.1ｍｍ技术套管选用钢级P100SS或P100TS、壁厚13.84ｍｍ或12.57ｍｍ的抗硫气密封扣型套管。表层套管选用钢级N80、壁厚9.65ｍｍ的常规扣型346.1套管。各层套管从材质上保证了安全，可以满足长期生产需要。示意图如下：

 

  

                图1 　酸压生产一体化一次性完井生产管柱结构图

                                表1　备选合金各种腐蚀实验结果表

 

       从表2可看出，在15％ NaCl ＋ H₂S（1.38MPa）＋ CO_２ （0.69 MPa） ＋ S（１g／L） 、温度232℃ 的实验条件下，SM2535 、718 、825 、925在42d 内均未发生应力开裂；C276 在15d内未发生应力开裂，G3在120 d 内未发生应力开裂。SM2535 、825、925、718 、G３ 、C276 在15％ NaCl ＋ H₂S （1.38 MPa） ＋ CO₂（0.69 MPa） ＋S（１ g／L） 、温度２３２ ℃ 的实验条件下，腐蚀速率很小，均低于部颁标准。其中G３ 和C276的耐腐蚀性能更好。

根据型材选择依据和高镍基合金钢材料的室内腐蚀实验评价结果，综合考虑普光气田生产管柱选择G３或同等级的高镍基合金钢材料，根据NACE标准，所选型材的H RC 需小于４０ 。井下工具应选择７１８ 高镍基合金钢材料。普光气田气井采用生产封隔器永久完井管柱，管柱结构在满足工艺要求的前提下应尽量简化。油管选用G３ 材质，井下工具选用SOONV ALLOY-718材质，油管丝扣为VAM TOP 扣。

以上试验数据皆由当时权威实验室测得，本周关于SOONV ALLOY -718普光项目井下以及防喷井口的应用先告一段落，下周将推送718在普光项目阀门中的应用以及选择依据。