DE2815349C2 - Erhöhung der Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion von rohrförmigen Gegenständen zum Tiefbohren - Google Patents
Erhöhung der Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion von rohrförmigen Gegenständen zum TiefbohrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von rohrförmigen Gegenständen zum Tiefbohren, die gegen Schwefelwasserstoff bei Temperaturen bis zu 316° C beständig sein sollen.
Es sind Vorkommen von Naturgas bekannt, die mehrere Billionen m3 aasmachen und die in allergrößten
χ Tiefen gefunden werden. Es ist weiterhin bekannt, daß sie mit Schwefelwasserstoff stark verunreinigt sind und in
einer Chloridlösungsumgebung vorliegen. Diese Vorkommen, die im allgemeinen als »saure Gas«-Vorkommen
bekannt sind, treten normalerweise in Tiefen bis zu 10 km bei Temperaturen bis zu 316°C auf. Versuche, dieses
Gas zu gewinnen, haben sich als unwirtschaftlich und sehr gefährlich erwiesen, da Gegenstände aus normalem
Stahl, beispielsweise Gestänge und Rohrleitungen, in vielen Fällen in dieser schädlichen Umgebung in wenigen
Tagen zerstört werden. Auch die Verwendung von Superlegierungen hat sich nicht als erfolgreich erwiesen. Die
stark korrodierende Umgebung und die hohe Temperatur bewirken zusammen mit dem Kohlendioxid und dem
Schwefelwasserstoff in kurzer Zeit ein Versagen der Rohrleitungen durch Korrosion oder Versprödung.
Aus der US-PS 33 56 542 ist es bereits bekannt. Legierungen, bestehend aus 5 bis 45% Nickel, 7 bis 16%
Molybdän, 13 bis 25% Chrom, nicht mehr als 0.5%. vorzugsweise nicht mehr als 0.1 %, Silicium, nicht mehr als je
0.05% Kohlenstoff, Bor, Sauerstoff, Stickstoff oder Beryllium, insgesamt jedoch nicht mehr als 0,1% von diesen,
Rest wenigstens 25% Kobalt, mit eventuell bis zu je 2%, insgesamt bis zu 4%, Titan, Aluminium und/oder
Zirkonium, und Verunreinigungen an Eisen bis zu 90%, kalt zu verformen und anschließend bei Temperaturen
von371 bis 10380C zu glühen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit von rohrförmigen Ge-
genständen, die in aggressiven. Schwefelwasserstoff enthaltenden Umgebungen beim Tiefbohren verwendet
werden sollen, zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verfahren zur Erhöhung der Beständigkeit
gegen Spannungsrißkorrosion eines Werkstoffs, der aus 19.0 bis 21,0% Chrom. 33,0 bis 37,0% Nickel, 9,0 bis
10,5% Molybdän, bis zu 0.035% Kohlenstoff, bis zu 0,15% Silicium, bis zu 0,15% Mangan, bis zu 0,010%
durch Kaltverformen mit einem Verformungsgrad von 40 bis 75% und anschließendes ein- bis vierstündiges
gegen Schwefelwasserstoff bei Temperaturen bis zu 316° C beständig sein sollen, angewendet wird.
0,02% Kohlenstoff, maximal 0,005% Schwefel, maximal 0,01 % Phosphor und maximal 1 % Eisen enthält und bei
der der Gehalt an Chrom 20.5%, an Nickel 35,25% und an Molybdän 9,8% beträgt
Die Anwendung des bekannten und entsprechend behandelten Werkstoffs für rohrförmige Gegenstände zum
Tiefbohren ist aus der eingangs erwähnten US-PS 33 56 542 nicht bekannt und für den speziellen Anwendunesfall auch nicht nahegelegt.
so Die Fähigkeit der erfindungsgemäß erhaltenen rohrförmigen Gegenstände, der Schwefelwasserstoff-Versprödung zu widerstehen und in Bohrlöchern mit saurer Gasumgebung nicht zu versagen, wird normalerweise
anhand eines »Rißtests« bestimmt. Der Rißtest wird unter Verwendung eines C-förmigen Prüfkörpers durchgeführt Bei diesem Test wird aus der zu prüfenden Legierung ein C-förmiger Prüfkörper herausgeschnitten. Durch
die Wände des C-förmigen Prüfkörpers werden gegenüberliegende Löcher gebohrt, und durch diese wird ein
Bolzen gesteckt Ein Belag aus Kohlenstoffstahl erstreckt sich halb um den C-förmigen Prüfkörper, wobei die
freien Enden vom Zentrum des C-förmigen Prüfkörpers unter Bildung eines Spalts etwa 032 cm vom Zentrum
des C-förmigen Prüfkörpers entfernt sind. An dem Bolzen ist eine Mutter befestigt, so daß der C-förmige
Prüfkörper unter Spannung steht. Der C-förmige Prüfkörper wird in eine US-Standard-NACE-Lösung aus
sauerstofffreiem Wasser, das 5% Natriumchlorid und 0,5% Essigsäure enthält und das mit Schwefelwasserstoff
gesättigt ist, eingetaucht. Auf diese Weise wird eine saures Gas enthaltende Umgebung eines Bohrlochs simuliert Zwischen dem Stahlbelag und dem C-förmigen Prüfkörper bildet sich eine galvanische Zelle. Der C-förmige Prüfkörper wird sodann periodisch auf Rißbildung geprüft. Bei hohen Spannungen versagen alle derzeit
bekannten Legierungen in einigen Stunden bis wenigen Tagen bei diesem Versuch. Dies gilt auch für die aus der
oben genannten US-PS 33 56 542 bekannte Legierung, wenn sie auf übliche Weise, d.h. bei 593°C, für die
Herstellung von Gegenständen mit hoher Festigkeit behandelt wird. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen
Verfahrensweise zeigt die Legierung jedoch wesentlich verbesserte Eigenschaften bei diesem unter Verwendung des C-förmigen Prüfkörpers durchgeführten Test. Diese ausgeprägte Verbesserung wird im folgenden
BeisDiel erläutert.
Aus der bevorzugten, oben angegebenen Legierungszusammensetzung wird eine Reihe von C-förmigen
Prüfkörpern, wie in der Zeichnung dargestellt, hergestellt
In der Zeichnung ist ein C-förmiger Prüfkörper 10 dargestellt, der aus der Testlegierung gebildet worden ist
Er enthält einen Bolzen 11 aus dem gleicher Material, der sich durch die Löcher 12 und 13 an entgegengesetzten
Enden des C-förmigen Prüfkörpers 10 erstreckt Ein Belag 14 aus Kohlenstoffstahl ist an einem Ende des Bolzens
11 befestigt und umfaßt den C-förmigen Prüfkörper 10 bis zum Mittelpunkt 10a. An diesem Punkt bildet das freie
Ende 14a des Belags 14 einen Spalt, der etwa 032 cm entfernt von dem Mittelpunkt 10a angeordnet ist. Auf diese
Weise wird beim Eintauchen der Zusammenstellung in eine N ACE-Lösung eine galvanische Zelle gebildet Das
Versuchsmaterial wird in sechs Teile aufgeteilt wovon jedes zuerst kaltverformt wird, und dann werden Teile
von jedem in der Wärme zu den in der folgenden Tabelle angegebenen Härte- und Festigkeitswerten behandelt
und dann zu C-förmigen Prüfkörpern für den Versuch weiter verarbeitet
Rißtest unter Verwendung eines C-förmigen Prüfkörpers mit einem Außendurchmesser von 8,9 cm
Durchschnittliche Rockwell-C-Härte
(1) Rißbildung innerhalb von 4 Tagen
(2) Rißbildung in 5-9 Tagen
(3) Rißbildung in 9-14 Tagen
(Γ) Rißbildung innerhalb von 2 Tagen
(2*) Rißbildung in 2-11 Tagen
Bei allen anderen Tests, die nicht mit einer Zahl in Klammern aufgeführt sind, erfolgte bei einem lOOtägigen
Aussetzen an die oben beschriebene Testlösung keine Rißbildung, ausgenommen die Reihe, die zu 73% kaltverformt
worden war. Bei dieser Reihe dauerte der Test am 31.3.1977 nach 65tägigem Aussetzen an die Testlösung
noch an.
Die Prüfkörper waren aus einer Legierung mit 35% Nickel, 35% Kobalt, 20% Chrom und 10% Molybdän
hergestellt
Aus der obigen Tabelle wird ersichtlich, daß eine Legierung, die auf einem beliebigen Wert kaltverformt
worden ist und bei 593° C wärmebehandelt worden ist, d. h. die der normalerweise zur Herstellung hochfester
Produkte verwendeten Behandlung unterworfen worden ist, bei dem Test unter Verwendung des C-förmigen
Testkörpers völlig versagt Andererseits erfolgt bei Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise selbst
nach hundert Versuchstagen kein Versagen.
| % Kalt | Wärmebehandlung | 760°C/2h | 788C | 816° | C/lh | 593"C/4h | 593°C/4h | 593°C/4h | 593°C/4h |
|
verfor
mung |
593° C/4h 732°C/2h | 732°C/2h | 76O°C/2h | 788°C/2h | 816°C/lh | ||||
| 'C/2h | |||||||||
| 40(3) | 41,4 | 39,5 | 39,2 | 38,8 | 38,6 | 38,9 | 39,3 | 38,2 | 393 |
| 50(3) | 44,1 | 42,9 | 43,0 | 43,0 | 423 | 43.1 | 42,9 | 41,9 | 42,6 |
| 56(2) | 44,2 | 43,4 | 42,6 | 42,8 | 41,7 | 42.3 | 42,6 | 42,6 | 42,6 |
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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Anwendung des Verfahrens zur Erhöhung der Beständigkeit gegen SpannungsriSkorrosion eines Werkstoffs, der aus 19,0 bis 21,0% Chrom, 33,0 bis 37.0% Nickel, 9,0 bis 10,5% Molybdän, bis zu 0,035% Kohlen-
stoff, bis zu 0.15% Silicium, bis zu 0,15% Mangan, bis zu 0,010% Schwefel, bis zu 0,015% Phosphor bis zu
1.0% Titan, bis zu 0,015% Bor, bis zu 2% Eisen. Rest Kobalt, besteht, durch Kaltverformen mit einem
Verformungsgrad von 40 bis 75% und anschließendes ein- bis vierstündiges Glühen im Bereich von 732 bis
816°C bei der Herstellung von rohrförmigen Gegenständen zum Tiefbohren, die gegen Schwefelwasserstoff
bei Temperaturen bis zu 316° C beständig sein sollen.
ίο 2. Anwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die gemäß Anspruch 1 verwendete Legierung maximal 0.02% Kohlenstoff, maximal 0,005% Schwefel, maximal 0,01% Phosphor und maximal 1%
Eisen enthält und der Gehalt an Chrom 205%. an Nickel 35,25% und an Molybdän 9,8% beträgt
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