Petroleum and natural gas industries. Materials for use in ![]()
-containing environments in oil and gas production. Part 1. General principles for selection of cracking-resistant materials
Дата введения - 1 января 2011 г.
Введен впервые
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает общие требования и содержит рекомендации по выбору и квалификации металлических материалов, предназначенных для оборудования для добычи нефти и газа в средах, содержащих сероводород, а также для оборудования для очистки высокосернистого природного газа.
Требования стандарта дополняют, но не заменяют требований к материалам, содержащихся в соответствующих стандартах на оборудование.
Настоящий стандарт не противоречит Правилам промышленной безопасности (ПБ 08-624-03).
В настоящем стандарте рассмотрены следующие механизмы растрескивания, которые могут быть вызваны действием сероводородсодержащих сред:
- сероводородное растрескивание под напряжением (SSC);
- водородное растрескивание (HIC);
- водородное растрескивание, ориентированное по напряжению (SOHIC);
- растрескивание мягких зон (SZC);
- ступенчатое растрескивание (SWC);
- коррозионное растрескивание под напряжением (SCC).
Таблица 1 содержит перечень видов оборудования, на которое распространяются требования настоящего стандарта, а также допускаемые исключения.
Настоящий стандарт устанавливает требования к выбору и квалификации материалов для оборудования, проектируемого с использованием обычных критериев упругости.
Требования настоящего стандарта не распространяются на оборудование, используемое при переработке нефти и газа [1].
Примечание - Стали и сплавы, соответствующие требованиям настоящего стандарта, являются стойкими к растрескиванию в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа, но необязательно являются стойкими в любых условиях эксплуатации.
Таблица 1 - Перечень видов оборудования, на которое распространяется действие настоящего стандарта
|
Наименование оборудования
|
Допустимые исключения
|
|
Оборудование буровых и скважинных сооружений, а также оборудование для ремонта скважин
|
Оборудование, подверженное воздействию только буровых растворов с контролируемым химическим составом*(1).
Буровое долото.
Ножевые полотна противовыбросовых превенторов*(1).
Системы водоотделяющих колонн для бурения.
Спусковые колонны.
Вспомогательные канаты и оборудование для вспомогательных канатов*(2).
Кондукторы и промежуточные обсадные колонны
|
|
Оборудование скважины, включая подземное оборудование, газлифтное оборудование, оборудование устья скважины
|
Штанговые насосы и насосные штанги*(3).
Электрические погружные насосы.
Другое механизированное насосно-компрессорное оборудование.
Клинья
|
|
Выкидные линии, промысловые трубопроводы, оборудование и сооружения промысла и установки промысловой обработки
|
Установки для хранения и транспортирования сырой нефти, работающие под общим абсолютным давлением ниже 0,45 МПа
|
|
Оборудование для загрузки - разгрузки воды
|
Устройства для транспортирования воды, работающие под общим абсолютным давлением ниже 0,45 МПа.
Водосливные-наливные устройства *(4).
|
|
Оборудование установок по обработке природного газа
|
-
|
|
Трубопроводы для транспортирования жидких, газообразных и многофазных текучих сред
|
Газопроводные линии, предназначенные для общего коммерческого и бытового использования
|
|
Для всего вышеперечисленного оборудования
|
Детали, испытывающие только напряжения сжатия
|
|
*(1) См. ГОСТ Р 53678(ИСО 15156-2) для получения дополнительной информации.
*(2) Лубрикаторы канатов и устройства, соединяющие лубрикаторы, не являются допустимыми исключениями.
*(3) Для штанговых насосов и насосных штанг [2].
*(4) Для водосливных - наливных устройств [3].
|
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие международные стандарты и нормативные документы:
ИСО 15156-2:2009 Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для применения в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа. Часть 2. Углеродистые и низколегированные стали, стойкие к растрескиванию, и применение чугунов
ПБ 08-624-03 Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности.
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 водородное растрескивание (hydrogen-induced cracking; HIC): Плоское растрескивание углеродистых и низколегированных сталей, вызванное диффузией атомарного водорода с образованием молекулярного водорода в ловушках.
Примечание - Растрескивание вызывается ростом давления водорода в ловушках. Для возникновения водородного растрескивания приложения внешнего напряжения не требуется. Ловушки, способные вызвать водородное растрескивание, обычно возникают в сталях с высоким уровнем загрязнения, имеющих высокую плотность плоских включений и/или участки с аномальной микроструктурой вследствие сегрегации примесей и легирующих элементов. Эта форма водородного растрескивания не связана со сваркой.
3.2 водородное растрескивание, ориентированное по напряжению (stress oriented hydrogen induced cracking - SOHIC) - образование ступенчатых мелких трещин, расположенных примерно перпендикулярно к направлению основных напряжений, приводящих к образованию сетки с ранее существо вавшими водородными трещинами.
Примечание - Этот вид растрескивания может рассматриваться как коррозионное растрескивание под напряжением, вызванное сочетанием внешнего напряжения и местной деформации вокруг водородных трещин. Таким образом растрескивание SOHIC связано с SSC и HIC/SWC. Оно наблюдалось в основном металле продольно-сварных труб и в зоне термического влияния сварных швов в сосудах, работающих под давлением. Это сравнительно редкое явление, обычно встречающееся в трубах и сосудах, работающих под давлением, изготовленных из низкопрочных ферритных сталей.
3.3 коррозионно-стойкий сплав (corrosion-resistant alloy): Сплав, стойкий к общей и местной коррозии в условиях нефтяного промысла, при которых возникает коррозия углеродистых сталей.
3.4 коррозионное растрескивание под напряжением (stress corrosion cracking; SCC): растрескивание металла под влиянием анодных процессов локализованной коррозии и растягивающих напряжений (остаточных и внешних) в присутствии воды и сероводорода.
3.5 микроструктура (microstructure): Структура металла, обнаруживаемая при микроскопическом исследовании специально подготовленного образца.
3.6 низколегированная сталь (low alloy steel): Сталь с суммарным содержанием легирующих элементов менее 5%, но больше чем в углеродистой стали.
3.7 парциальное давление (partial pressure): Давление, создаваемое одним компонентом газовой смеси при той же температуре и в том же объеме, который занимает смесь.
Примечание - В смеси идеальных газов парциальное давление каждого компонента равно общему давлению, умноженному на его молярную долю в смеси, причем молярная доля равна объемной доле компонента.
3.8 превентор (blowout preventor): Устьевое оборудование, обеспечивающее перекрытие контактным управляемым уплотнителем стволового прохода.
3.9 растрескивание мягкой зоны (soft zone cracking SZC) - форма сероводородного растрескивания под напряжением, возникающего при наличии в стали местной мягкой зоны с низким пределом текучести.
Примечание - При рабочих нагрузках мягкие зоны могут деформироваться и накапливать пластические деформации, что повышает склонность к сероводородному растрескиванию под напряжением материала, обычно стойкого к этому виду разрушения. Такие мягкие зоны, как правило, связаны со сварными швами в углеродистых сталях.
3.10 сероводородное растрескивание под напряжением (sulfide stress cracking; SSC): Растрескивание металла под влиянием коррозии и растягивающих напряжений (остаточных и/или внешних) в присутствии воды и сероводорода.
3.11 сварка (weld): Соединение двух или более металлических деталей путем приложения тепла и/или давления с добавлением присадочного металла или без него в целях местного плавления материалов и их затвердевания в стыке.
3.12 ступенчатое растрескивание (stepwise cracking SWZ) - растрескивание, при котором водородные трещины в соседних плоскостях структуры стали соединяются.
Примечание - Этот термин описывает внешний вид трещин. Соединение водородных трещин с образованием ступенчатого растрескивания зависит от уровня местных деформаций между соседними трещинами и хрупкости матрицы, вызванной растворенным водородом. Водородное и ступенчатое растрескивания обычно свойственны низкопрочной толстолистовой стали, используемой для изготовления труб и аппаратов.
3.13 твердость (hardness): Свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации, обычно измеряемое путем вдавливания.
3.14 термическая обработка (heat treatment): Нагрев или охлаждение твердого металла или сплава в целях придания им требуемых свойств.
Примечание - Нагрев в целях подготовки к горячей деформации не считается термической обработкой.
3.15 углеродистая сталь (carbon steel): Сплав железа и углерода, содержащий до 0,8 % углерода и до 0,8 % марганца, а также остаточные количества других элементов, за исключением намеренно добавляемых в определенных количествах для раскисления (обычно кремний и/или алюминий).
3.16 холодная деформация (cold work): Пластическая деформация металла при температуре и скорости деформации, вызывающих деформационное упрочнение (обычно, но не обязательно) при комнатной температуре.
4 Сокращения
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
- HIC - водородное растрескивание;
- SSC - сероводородное растрескивание под напряжением;
- SOHIC - водородное растрескивание, ориентированное по напряжению;
- SZC - растрескивание мягких зон;
- SWC - ступенчатое растрескивание;
- SCC - коррозионное растрескивание под напряжением.
5 Общие требования
Пользователь настоящего стандарта должен оценить предполагаемые условия эксплуатации оборудования и определить их соответствие или несоответствие области действия настоящего стандарта. Условия эксплуатации должны быть документально оформлены. После оценки и документального оформления условий эксплуатации выбор конкретного материала для изготовления оборудования проводится в соответствии с требованиями и рекомендациями, приведенными в соответствующей части стандарта ГОСТ Р 53678 (ИСО 15156-2). В процессе выбора и квалификации материала для использования в средах, содержащих сероводород, производитель оборудования и/или материалов может предоставлять необходимую информацию потребителю.
Требования настоящего стандарта распространяются на материалы для оборудования, проектируемого на основе расчета по допускаемым напряжениям. Применение стандарта к материалам для оборудования, проектируемого на основе расчета по допускаемым деформациям и/или по предельным состояниям, может оказаться некорректным.
6 Оценка и определение условий эксплуатации
6.1 Потребитель должен оценить и документально оформить предполагаемые условия эксплуатации оборудования с указанием факторов, способных повлиять на склонность материала к растрескиванию под действием сероводородсодержащих сред, к которым, кроме свойств самого материала и сварных соединений (если при изготовлении оборудования применяют сварку), относят:
- парциальное давление сероводорода;
- значение рН среды;
- концентрацию растворенных хлоридов и иных галогенидов;
- присутствие элементарной серы или других окислителей;
- температуру;
- гальванические явления;
- наличие механических напряжений;
- продолжительность контакта материала с жидкой водной фазой.
6.2 Документально оформленные условия эксплуатации используют для следующих целей:
a) для выбора материалов из числа квалифицированных к применению в средах, содержащих сероводород (см. раздел 7);
b) для выбора и квалификации материалов на основе документированного опыта эксплуатации (см. 8.2);
c) для установления требований к лабораторным испытаниям, проводимым в целях квалификации материалов для применения в средах, содержащих сероводород (см. 8.3);
d) в качестве основы для переоценки области применения известных материалов (см. раздел 7, 8.2 и 8.3) в случае фактического или планируемого изменения условий эксплуатации.
7 Выбор материалов, которые ранее были оценены как стойкие к SSC и HIC
Углеродистые и низколегированные стали, стойкие к действию в средах, содержащих сероводород, могут быть выбраны из числа материалов, приведенных в ГОСТ Р 53678 (ИСО 15156-2).
Как правило, дополнительные лабораторные испытания материалов, ранее квалифицированных для применения в средах, содержащих сероводород, не требуются. Эти материалы обладают стойкостью в средах, со
