Приложение А (обязательное). Углеродистые и низколегированные стали, стойкие к SSC (а также требования и рекомендации к применению чугунов)

Приложение А
(обязательное)

Углеродистые и низколегированные стали, стойкие к SSC (а также требования и рекомендации к применению чугунов)

А.1 Общие положения

В настоящем приложении приведены требования к углеродистым и низколегированным сталям, стойким к SSC. Требования к применению чугунов изложены в А.2.4.

Стали, соответствующие настоящему приложению, не обязательно являются стойкими к SOHIC, SZC, HIC и SWC без выполнения дополнительных требований (см. 7.2.2 и/или раздел 8).

В связи с отсутствием ко времени публикации настоящего стандарта утвержденного перечня конкретных материалов из класса углеродистых и низколегированных сталей для зоны 1 SSC (см. А.4) и зоны 2 SSC (см. А.3) в А.3 и А.4 приведены требования к свойствам сталей, которые обеспечивают их применение в определенных условиях.

А.2 Углеродистые и низколегированные стали, стойкие к SSC, и применение чугунов

А.2.1 Общие требования к углеродистым и низколегированным сталям

А.2.1.1 Общие положения

Углеродистые и низколегированные стали должны соответствовать требованиям А.2.1.2-А.2.1.9.

Углеродистые и низколегированные стали, металлургические полуфабрикаты, соответствующие требованиям А.2, с имеющимися исключениями сертифицированы на соответствие требованиям настоящего стандарта без последующих испытаний на SSC. Тем не менее испытания на SSC, которые предусмотрены в нормативной документации на изделие, должны быть проведены в полном объеме с положительным результатом.

Примеры сталей, соответствующих основным требованиям А.2, приведены в таблицах А.2-А.4.

А.2.1.2 Требования к химическому составу, термической обработке и твердости

Изделия из углеродистых и низколегированных сталей используют при максимальном значении твердости 22 HRC при условии, что они содержат менее 1 % никеля, не изготовлены из автоматной стали и их поставляют в одном из следующих состояний:

a) горячекатаном (только для углеродистых сталей);

b) отожженном;

c) нормализованном;

d) нормализованном и отпущенном;

e) нормализованном, закаленном и отпущенном;

f) закаленном и отпущенном.

А.2.1.3 Дополнительные требования и ограничения

В дополнение к требованиям, изложенным в А.2.1.2, допускается использование изделий из углеродистых сталей при соблюдении следующих ограничений:

a) поковок по ASTM А105 при максимальном значении твердости 187 НВ;

b) кованых фитингов из сталей марок WPB и WPC [3] при максимальном значении твердости не более 197 НВ.

А.2.1.4 Сварка

Сварку и определение твердости сварных швов выполняют в соответствии с требованиями 7.3.3.

Допустимые максимальные значения твердости сварных соединений углеродистых и низколегированных сталей представлены в таблице А.1.

Для углеродистых и низколегированных сталей проведение термической обработки после сварки не требуется, если твердость сварных соединений не превышает значений, указанных в таблице А.1.

Таблица А.1 - Допустимые максимальные значения твердости сварных швов для углеродистой и низколегированной сталей

Методика измерения твердости	Места измерения твердости для аттестации технологии сварки	Ед. твердости, не более
HV10 или HV5 по Виккерсу или HRN 15 по Роквеллу	Корень шва: Основной металл, металл HAZ и корня шва в соответствии с рисунками 2, 3 или 4	250 HV 70,6 HRN 15
	Основной металл и НАZ для сварки наплавлением в соответствии с рисунком 6, см. также А.2.1.5, перечисление b)	250 HV 70,6 HRN 15
HV10 или HV5 по Виккерсу или HRN 15 по Роквеллу	Верхняя часть шва: Основной металл, металл HAZ и металл верхней части вне зоны HAZ в соответствии с рисунком 2 или 4	275 HV*(1) 73,0 HRN 15
HRC по Роквеллу (см. 7.3.3.2)	Как показано на рисунке 5	22 HRC
	Основной металл и HAZ для сварки наплавлением в соответствии с рисунком 6, см. также А.2.1.5 перечисление b)	22 HRC
*(1) Максимальное значение должно быть 250 HV или 70,6 HRN 15, если: - пользователь оборудования не установил альтернативные пределы твердости верхней части сварного шва; - основной материал(ы) не имеет толщину выше 9 мм; - на верхнюю часть сварного шва непосредственно действует сероводородсодержащая среда; - удалению водорода препятствует, например, катодная защита.

Для труб из углеродистых и низколегированных сталей с минимальным гарантируемым пределом текучести (SMYS) не более 360 МПа термическую обработку сварных соединений допускается не проводить. По согласованию с потребителем определение твердости сварного соединения в этих случаях не проводят.

Для труб из углеродистых и низколегированных сталей с минимальным гарантируемым пределом текучести (SMYS) более 360 МПа термическую обработку сварных соединений допускается не проводить, если используют аттестованные технологии сварки и соблюдают требования к твердости, представленные в таблице А.1.

Сварные соединения углеродистых и низколегированных сталей, не отвечающие вышеперечисленным требованиям, подвергают термической обработке для снятия напряжений при температуре не ниже 620°С. Значения твердости сварного шва, определенные в соответствии с 7.3, не должны превышать 250 HV (или при условии соблюдения ограничений 7.3.3 22 HRC).

Использование присадочных материалов и технологий сварки, приводящих к образованию наклепа с содержанием никеля более 1%, допускается только в случае положительных результатов испытаний сварных швов на SSC в соответствии с приложением В.

А.2.1.5 Обработки поверхности, покрытия, плакировка, обшивка, облицовка, внутренняя облицовка, внутреннее покрытие и т.д.

Металлические покрытия (электролитические и нанесенные методом химического восстановления), конверсионные покрытия (химически взаимодействующие с подложкой), покрытия из пластика и внутренние футеровки не допускается использовать в качестве защитных покрытий, препятствующих SSC.

Покрытия, наносимые термическими процессами, например сваркой, пайкой серебряным припоем или металлизацией распылением, допускаются, если они соответствуют следующим требованиям:

a) состояние основного металла остается без изменений, т.е. его температура не превышает нижнюю критическую температуру во время нанесения покрытия;

b) максимальная твердость и состояние после окончательной термической обработки поверхности основного металла соответствуют А.2.1.2 и в случае наплавленного верхнего слоя - А.2.1.4.

Допускается обработка поверхности стали методом азотирования при максимальной глубине азотированного слоя 0,15 мм, если ее проводят при температуре ниже значения критической температуры обрабатываемой стали.

А.2.1.6 Холодная деформация и снятие напряжений

Изделия из углеродистых и низколегированных сталей подвергают термической обработке для снятия напряжений, в случае если процессы холодной деформации (прокатки, штамповки или др.) приводят к возникновению в металле остаточных деформаций в наружных волокнах более 5%. Термическую обработку проводят при температуре не ниже 595°С в соответствии с принятыми правилами, нормами и стандартами (регламентами, утвержденными в установленном порядке). Твердость готовых изделий не должна превышать 22 HRC, за исключением фитингов для труб, изготовляемых из низколегированных сталей WPB или WPG [3], для которых максимальное значение твердости должно быть не более 197 НВ.

По согласованию с потребителем вышеперечисленные требования не распространяются на метод холодной деформации давлением, проводимой согласно соответствующим нормам и стандартам.

Трубы после холодной правки допускается использовать в случае, если это разрешено соответствующими стандартами на выпускаемую продукцию.

Фитинги из углеродистой стали, изготовленные холодной деформацией из труб Gr В [5], GrX-42 [6], L290 по ГОСТ Р ИСО 3183, или из стали с более низким пределом текучести допускаются при условии, что степень деформации не превышает 15% и твердость в деформированной области не превышает 190 НВ.

Допускается использовать изделия с более высокой степенью деформации при условии положительных результатов испытаний на SSC в соответствии с приложением В.

А.2.1.7 Требования к нанесению резьбы

Допускается нанесение резьбы методом резания. Допускается использование метода накатки при условии сохранения требований по твердости и термической обработке, изложенных в А.2.1.2.

А.2.1.8 Холодная деформация поверхностей

Допускается применение таких процессов холодной деформации поверхности, как, например, шлифование, при которых не происходит существенного изменения состояния поверхности, в дополнение к стандартным операциям механической обработки (обточки, расточки, холодной прокатки, нанесения резьбы, сверления и др.).

Допускается холодная деформация поверхности сталей, отвечающих требованиям данной части настоящего стандарта, путем регулируемого дробеструйного упрочнения. Максимальный размер дроби должен быть не более 2,0 мм, а интенсивность по Альмену не должна превышать 10 В.

Дробеструйную обработку поверхности осуществляют в соответствии с [6] или на основании технологических регламентов, утвержденных в установленном порядке.

А.2.1.9 Маркировка

Для маркировки применяют методы, при использовании которых в месте нанесения штампа не возникает концентратора напряжений. Допускается использование точечных, закругленных, V-образных и вибрационных клейм.

Применение острых V-образных клейм допускается на участках с низким напряжением (например, по наружному диаметру фланца).

Допускается наносить маркировку острыми V-образными клеймами на напряженных участках изделий при условии применения последующей термической обработки для снятия напряжений при температуре не ниже 595°С.

А.2.2 Требования к различным видам металлопродукции

А.2.2.1 Общие положения

Все виды металлопродукции должны соответствовать требованиям А.2.1, за исключением изменений, описанных ниже.

А.2.2.2 Бесшовные и сварные трубы и детали к ним

Примеры линейных труб, которые могут соответствовать требованиям А.2.1, представлены в таблице А.2.

Продукция, изготовленная из плоского проката, может быть склонна к развитию HIC при малом количестве (даже если составляет менее 0,3 кПа).

Таблица А.2 - Примеры линейных труб, которые могут соответствовать требованиям А.2.1

Нормативный документ, марки стали и группы прочности	Другие стандарты, марки стали и группы прочности
ГОСТ Р ИСО 3183-3 от L245 до L450 в различных состояниях поставки	API 5L Марки А и В и от Х42 до Х65 [5]. ASTM А106 Марки А, В, С [4]. ASTM A333 Марки 1 и 6 [7]. ASTM А524 Марки 1 и 2 [8].

Сварные швы должны соответствовать требованиям А.2.1.

А.2.2.3 Обсадные и насосно-компрессорные трубы и детали к ним

А.2.2.3.1 Обсадные и насосно-компрессорные трубы по ГОСТ Р 53366 допускаются к применению в температурных пределах, указанных в таблице А.3, и при наличии положительных результатов испытаний на стойкость к SSC.

Таблица А.3 - Условия эксплуатации, в которых допускается применение марок стали и групп прочности обсадных и насосно-компрессорных труб

Рабочая температура
любая	65°С и выше*(1)	80°С и выше*(1)	107°С и выше*(1)
ГОСТ Р 53366, группы прочности Н40, J55, К55, М65, L80 тип 1, С90 тип 1, Т95 тип 1	ГОСТ Р 53366, группы прочности N 80 тип Q, С95	ГОСТ Р 53366, группы прочности N 80, Р110	ГОСТ Р 53366, группы прочности Q125, Q135
Трубные изделия из сталей марок, соответствующих критериям А.2.2.3.3	Марки стали, подвергаемые закалке с отпуском, с пределом текучести не менее 780 МПа. Трубные изделия из низколегированных хромом и молибденом сталей, соответствующие критериям А.2.2.3.2	Марки стали, подвергаемые закалке с отпуском, с пределом текучести не менее 965 МПа
*(1) Указанные значения температуры являются минимальными предельно допустимыми рабочими температурами в отношении SSC.

А.2.2.3.2 Допускаются трубы и трубные изделия, изготовленные из Cr-Мо низколегированных сталей, подвергаемые закалке и отпуску в виде трубных изделий, если их твердость не превышает 30 HRC, а заданный предел текучести не менее 690, 720 или 760 МПа. Максимальный предел текучести таких сталей и групп прочности не должен превышать более чем на 103 МПа заданного минимального предела текучести. Стойкость к SSC должна быть подтверждена при испытании каждой партии и должна соответствовать требованиям В.1 при одноосном растяжении (UT).

А.2.2.3.3 Допускаются трубы и трубные изделия, изготовленные из Cr-Мо низколегированных сталей, подвергаемые закалке и отпуску в виде трубных изделий, если их твердость не превышает 26 HRB. Стойкость к SSC должна быть подтверждена при испытании каждой партии и должна соответствовать требованиям В.1 при одноосном растяжении (UT).

А.2.2.3.4 Если трубы и трубные изделия прошли правку при температуре 510°С или ниже, их следует подвергнуть термообработке для снятия напряжений при минимальной температуре 480°С. Если трубы и муфты к ним были деформированы вхолодную, а результирующая остаточная деформация наружных волокон составляет более 5%, холоднодеформированные участки должны быть термообработаны для снятия напряжений при минимальной температуре 595°С.

Если соединения высокопрочных трубных изделий со значениями твердости выше 22 HRC подвергают обработке методом холодной деформации, их следует затем подвергнуть термообработке для снятия напряжений при минимальной температуре 595°С.

А.2.2.4 Требования к крепежным элементам

Болтовые крепления, которые могут быть подвержены воздействию сероводородсодержащей среды, должны соответствовать общим требованиям А.2.1 (см. таблицу А.4).

Таблица А.4 - Допустимые материалы для изготовления болтовых креплений

Болты	Гайки
30ХМА ГОСТ 20700 НВ < 235	30ХМА ГОСТ 20700 НВ 159 < 235
ASTM A193 Gr B7M [9]	ASTM A194 Gr 2НМ, Gr 7М [10]
ASTM A194 Gr L7M [10]

А.2.3 Применение к оборудованию

А.2.3.1 Общая часть

Оборудование должно соответствовать требованиям А.2.1, включая следующие изменения.

А.2.3.2 Буровые превенторы (ВОР)

А.2.3.2.1 Ножевые полотна

Высокопрочные стали, используемые для изготовления ножевых полотен ВОР, могут быть чувствительными к SSC. Решение о пригодности ножевых полотен, не соответствующих требованиям настоящего приложения, относится к сфере ответственности пользователя оборудования.

А.2.3.2.2 Срезающие плашки

Плашки, произведенные в закаленном и отпущенном состоянии из Cr-Мо низколегированных марок стали, допускаются, если твердость не превышает 26 HRC. Испытания на устойчивость к SSC должны показать, что рабочие характеристики стали соответствуют или превышают характеристики проверенных на практике сталей.

А.2.3.2.3 Буровое оборудование, оборудование для строительства и обслуживания скважины, подвергаемое только воздействию бурового раствора контролируемого состава

Обладая высокой прочностью, буровое оборудование может не соответствовать требованиям настоящего стандарта. В таких случаях основным средством избежать SSC является контроль среды, в которой находится оборудование при бурении и обслуживании скважины. При повышении напряжений и твердости материалов контроль бурового раствора становится особенно важным. Следует тщательно контролировать рабочую среду скважины путем поддержания гидростатического напора и плотности бурового раствора для сведения к минимуму образования жидкости в потоке, а также путем использования одного или более способов, указанных ниже:

a) поддержание рН 10 или выше для нейтрализации в буровой скважине;

b) применение химического поглотителя сульфида;

c) использование бурового раствора, в котором нефть находится в однородной фазе.

А.2.3.3 Компрессоры и насосы

А.2.3.3.1 Рабочие колеса компрессоров

Марка UNS G43200 (бывший AISI 4320) и марка UNS G43200 (измененная версия), содержащая от 0,28% до 0,33 % углерода, допускаются для производства рабочих колес компрессоров при максимальном пределе текучести 620 МПа при условии, что они прошли следующую термообработку, состоящую из трех этапов:

a) аустенизация и закаливание;

b) отпуск при минимальной температуре 620°С, которая должна быть ниже нижнего предела критической температуры; охлаждение до температуры окружающей среды перед тем, как провести повторный отпуск;

c) отпуск при минимальной температуре 620°С, но эта температура должна быть ниже температуры первого отпуска; охлаждение до температуры окружающей среды.

А.2.3.3.2 Специальные требования для компрессоров и насосов

Мягкое железо и мягкая углеродистая сталь применимы для изготовления прокладок.

Чугун применим в соответствии с А.2.4.

А.2.4 Требования к применению чугунов

А.2.4.1 Общая часть

Серые, аустенитные и белые чугуны не допускаются к использованию для производства деталей и узлов, работающих под давлением. Эти материалы можно использовать для изготовления деталей, если их применение допускается соответствующими стандартами на оборудование и согласовано с потребителем.

Чугун с шаровидным графитом по [11] и ГОСТ 7293 допускается для производства оборудования, если это не противоречит соответствующим стандартам на оборудование.

А.2.4.2 Пакеры и подземное оборудование

Чугуны допускаются для следующих элементов (см. таблицу А.5)

Таблица А.5 - Чугуны, применяемые для элементов пакеров и другого подземного оборудования

Элемент оборудования	Чугун
Составные части пакеров	Чугун с шаровидным графитом по [12], [13], ГОСТ 7293 Ковкий чугун по [14], [15], ГОСТ 1215
Элементы, работающие под сжимающими нагрузками	Серый чугун по [16], [17], ГОСТ 1412

А.2.4.3 Компрессоры и насосы

Серый чугун по [17] класса 35 или 40, ГОСТ 1412 марок СЧ25 и СЧ30 и чугун с шаровидным графитом по [11], ГОС7 7293 допускаются для производства цилиндров компрессора, вкладышей, гильз, втулок, поршней и клапанов.

А.3 Стали, предназначенные для применения в зоне SSC 2 (см. рисунок 1)

А.3.1 Общая часть

Разрешены стали, перечисленные в А.2.

Ниже описаны свойства сталей, являющихся типичными для эксплуатации в агрессивных условиях в пределах зоны SSC 2. Если стали не отвечают требованиям А.2, необходимо провести оценку стойкости к SSC согласно приложению В.

А.3.2 Обсадные, насосно-компрессорные трубы и детали к ним

Обсадные, насосно-компрессорные трубы и муфты к ним, произведенные из Cr-Мо низколегированных сталей, показали свою пригодность в закаленном и отпущенном состоянии. Как правило, AYS приемлемых сталей составлял не более 760 МПа, SMYS - около 550 МПа, а их твердость не превышала 27 HRC. Другие свойства должны соответствовать техническим требованиям на поставляемую продукцию.

А.3.3 Стали для трубопроводных линий

Стали для производства трубопроводных линий должны иметь соответствующий химический состав, обеспечивающий хорошую свариваемость. Как правило, допускаются стали с SMYS до 450 МПа. Твердость монтажного сварного шва на этих трубах не должна превышать 280 HV. Другие свойства должны соответствовать техническим требованиям на поставляемую продукцию.

А.4 Стали, предназначенные для применения в зоне SSC 1 (см. рисунок 1)

А.4.1 Общая часть

Разрешены стали, перечисленные в А.2 и А.З.

Ниже описаны свойства стали, являющиеся типичными для тех видов стали, которые соответствуют требованиям для эксплуатации в агрессивных условиях в пределах зоны SSC 1. Для сталей, не отвечающих требованиям А.2 или А.3, необходимо провести оценку стойкости к SSC согласно приложению В.

А.4.2 Обсадные, насосно-компрессорные трубы и детали к ним

Скважинные обсадные, насосно-компрессорные трубы и муфты к ним, произведенные из Cr-Мо низколегированных сталей, показали свою пригодность в закаленном и отпущенном состоянии. Как правило, AYS приемлемых сталей составлял не более 896 МПа, SMYS - около 760 МПа, а их твердость не превышала 30 HRC. Другие свойства должны соответствовать техническим требованиям на поставляемую продукцию.

А.4.3 Стали для трубопроводных линий

Стали для производства трубопроводных линий должны иметь соответствующий химический состав, обеспечивающий хорошую свариваемость. Как правило, допускаются стали с SMYS до 550 МПа. Твердость монтажного сварного шва на этих трубах не должна превышать 300 HV. Другие свойства должны соответствовать техническим требованиям на поставляемую продукцию.