Tubo de acero inoxidable martensítico para pozo petrolífero.

Un producto tubular de acero inoxidable martensítico para campos petrolíferos que comprende,

en masa, del 0,005% al 0,1% de C, del 0,05% al 1% de Si, del 1,5% al 5% de Mn, como máximo el 0,05% de P, como máximo el 0,01% de S, del 9% al 13% de Cr, como máximo el 0,5% de Ni, como máximo el 2% de Mo, como máximo el 2% de Cu, del 0,001% al 0,1% de Al, y del 0,001% al 0,1% de N, que comprende además, opcionalmente, al menos uno de entre del 0,005% al 0,5% de Ti, del 0,005% al 0,5% de V, del 0,005% al 0,5% de Nb, del 0,005% al 0,5% de Zr, del 0,0002% al 0,005% de B, del 0,0003% al 0,005% de Ca, del 0,0003% al 0,005% de Mg y del 0,0003% al 0,005% de un elemento de tierra rara, siendo el resto Fe e impurezas, teniendo dicho producto tubular para campo petrolífero una región con una menor cantidad de Cr bajo la superficie, que es una parte que tiene un concentración de Cr del 8,5% o menor en masa en una región desde la superficie a una profundidad de menos de 100μm hacia el interior del acero.

Tubo de acero inoxidable martensítico para pozo petrolífero

Campo técnico

La presente invención se refiere a un artículo tubular de acero inoxidable martensítico para campos petrolíferos y, más específicamente, a un artículo tubular de acero inoxidable martensítico para campos petrolíferos para su uso en un entorno húmedo con gas dióxido de carbono.

Antecedentes de la técnica El petróleo y el gas natural producidos en los pozos petrolíferos y en los pozos de gas contienen gas corrosivo, tal como gas dióxido de carbono y gas sulfuro de hidrógeno. En un entorno húmedo con gas dióxido de carbono semejante, se usan tubos de acero inoxidable martensítico, que tienen una alta resistencia a la corrosión, como artículos tubulares para campos petrolíferos. Más específicamente, se usan ampliamente tubos de acero inoxidable 13Cr, típicamente, tubos de acero API13Cr. El tubo de acero inoxidable 13Cr es resistente a la corrosión por gas dióxido de carbono, ya que contiene aproximadamente el 13% de Cr y tiene estructura martensítica, ya que contiene aproximadamente el 0, 2% de C.

En años recientes, se han explorado y desarrollado pozos petrolíferos y de gas más profundos. Un artículo tubular para campos petrolíferos (en adelante, denominado simplemente como OCTG, “Oil Countr y Tubular Good”) para su uso en un pozo profundo en un entorno húmedo de dióxido de carbono debe tener una alta resistencia igual a 655 MPa o superior y alta rigidez. En un entorno húmedo de gas dióxido de carbono a altas temperaturas en el intervalo de 80ºC a 150ºC, existe una preocupación de que pueda generarse una fisura por corrosión bajo tensión de tipo corrosión de trayectoria activa (en adelante, denominada simplemente "SCC") y, por lo tanto, se requiere una alta resistencia a SCC.

Se encuentran las desventajas siguientes cuando se usa un tubo de acero inoxidable 13Cr en un pozo profundo en un entorno húmedo de gas dióxido de carbono a alta temperatura.

(1) Debido a su alto contenido de C, no puede obtenerse la rigidez necesaria si la resistencia se eleva a 655 MPa

o superior.

(2) El tubo de acero inoxidable 13Cr es sometido a enfriamiento por inmersión y templado en el procedimiento de fabricación, y se forman carburos de Cr 50 en la estructura después del templado, tal como se muestra en la Fig.

1. Se forma una región 60 con menor cantidad de Cr como una región de bajo contenido de Cr en la periferia del carburo de Cr 50 o en un límite de grano. La región 60 con menor cantidad de Cr aumenta la susceptibilidad a SCC. Por lo tanto, el tubo de acero inoxidable 13Cr, que tiene la región 60 con menor cantidad de Cr, no tiene la resistencia a SCC necesaria para su uso en un pozo profundo en un entorno húmedo de dióxido de carbono a alta temperatura.

Esta es la razón por la que se ha desarrollado el súper tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr usable en un pozo profundo en un entorno húmedo de dióxido de carbono a alta temperatura. El súper tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr tiene una mayor resistencia a SCC que la resistencia del tubo de acero inoxidable 13Cr debido a una película pasiva sobre la superficie formada por la adición de un elemento de aleación, tal como Mo y Cu, y su contenido de C ajustado al 0, 1% o menos. Esto se debe a que casi ningún carburo de Cr se precipita en la estructura después del templado por el bajo contenido de C, tal como se muestra en la Fig. 2, siempre que la condición de templado esté ajustada correctamente.

Debido a que una gran cantidad de Ni, como un elemento formador de austenita, está contenida en lugar de C, que es también un elemento formador de austenita, la estructura martensítica puede ser mantenida, incluso si el contenido de C es bajo. Por lo tanto, el súper tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr tiene alta resistencia y rigidez, necesarias para su uso en un entorno húmedo de gas dióxido de carbono a alta temperatura.

El tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr convencional es sometido a enfriamiento por inmersión y templado con el fin de obtener la resistencia deseada, pero se ha desarrollado un tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr producido sin el templado después del laminado (en adelante, denominado "tubo de acero inoxidable martensítico no templado") para reducir el coste de fabricación. El tubo de acero inoxidable martensítico no templado se describe en JP 2003-183781 A, JP 2003-193203 A y JP 2003-129190 A (US 200 3021 7789) . Según estas publicaciones, se pueden conseguir la resistencia y rigidez deseadas, incluso si se omite el templado.

Sin embargo, los presentes inventores han encontrado, mediante la realización de exámenes, que el tubo de acero inoxidable martensítico no templado tiene una resistencia a SCC menor que la del súper tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr convencional. Tal como se muestra en la Fig. 3, no se produce una región con menor cantidad de Cr en la parte interior a una región tan profunda como aproximadamente 100 µm de la superficie del tubo de acero inoxidable martensítico no templado, pero se genera una región 60 con una menor cantidad de Cr en una región desde la superficie hasta una profundidad de aproximadamente de 100 µm.

La región 60 con menor cantidad de Cr bajo la superficie se forma después del conformado en caliente. Más específicamente, la región 60 con menor cantidad de Cr se forma cuando se forman cascarillas de laminación después del laminado y el Cr bajo la superficie es absorbido en las cascarillas de laminación, o se forma un carburo de Cr 50 bajo la superficie debido al grafito usado como lubricante para el laminado, de manera que se forma la región 60 con menor cantidad de Cr alrededor del carburo de Cr 50. El súper tubo de acero inoxidable martensítico 13Cr convencional es sometido a templado después del laminado y, por lo tanto, dicha una región 60 con menor cantidad de Cr bajo la superficie es eliminada durante el procedimiento de templado, pero el tubo de acero inoxidable martensítico no templado es producido sin ser sometido a templado y, por lo tanto, deberían quedar muchas regiones 60 con menor cantidad de Cr no eliminadas bajo la superficie.

El tubo templado de acero inoxidable martensítico no templado descrito por JP 2003-193204 A (WO-03/033754 A) tiene alta resistencia a SCC. Sin embargo, en los ensayos para la evaluación de la resistencia a SCC en la divulgación, se usó una pieza de ensayo lisa, es decir, una pieza de ensayo que tiene una superficie pulida. Más específicamente, la resistencia a SCC no se evaluó usando una pieza de ensayo que incluía una región con menor cantidad de Cr bajo la superficie. Los presentes inventores realizaron ensayos de SCC usando piezas de ensayo que incluían una región con una menor cantidad de Cr bajo la superficie según la condición descrita y encontraron que la resistencia a SCC de las piezas de ensayo que incluían una región con menor cantidad de Cr bajo la superficie era inferior a la de la pieza de ensayo lisa.

Por lo tanto, si el tubo de acero inoxidable martensítico no templado, que incluye muchas regiones con menor cantidad de Cr bajo la superficie, se usa en un pozo profundo en un entorno húmedo de gas dióxido de carbono a alta temperatura, podría generarse SCC.

Como un procedimiento para eliminar dichas regiones con menor cantidad de Cr bajo la superficie, puede realizarse un granallado y/o decapado. Sin embargo, estos tipos de procesamiento aumentan el coste de fabricación. Incluso después de estos tipos de procesamiento, todavía hay una posibilidad de que puedan permanecer regiones con menor cantidad de Cr no eliminadas bajo la superficie, dependiendo de la condición de procesamiento.

Divulgación de la invención Un objeto de la presente invención, tal como se divulga en la reivindicación 1, es proporcionar un OCTG de acero inoxidable martensítico que tenga una alta resistencia a SCC a pesar de la presencia de una región con menor cantidad de Cr bajo la superficie.

Los presentes inventores han encontrado que si no se forma una película pasiva, el contenido de Ni no es superior al 0, 5% en masa y el contenido de Mn es del 1, 5% al 5% en masa, se obtiene una alta resistencia a SCC a pesar de la presencia de una región con menor cantidad de Cr bajo la superficie. A continuación, se describirán los requisitos.

(1) No se forma una película pasiva.

Los presentes inventores consideraron que, en un entorno húmedo de gas dióxido de carbono, podría restringirse la SCC corroyendo, de manera uniforme, toda la superficie a una velocidad de corrosión baja y sin formar una película pasiva en lugar de restringir la SCC mediante una película pasiva formada... [Seguir leyendo]

1. Un producto tubular de acero inoxidable martensítico para campos petrolíferos que comprende, en masa, del 0, 005% al 0, 1% de C, del 0, 05% al 1% de Si, del 1, 5% al 5% de Mn, como máximo el 0, 05% de P, como máximo el 0, 01% de S, del 9% al 13% de Cr, como máximo el 0, 5% de Ni, como máximo el 2% de Mo, como máximo el 2% de Cu, del 5 0, 001% al 0, 1% de Al, y del 0, 001% al 0, 1% de N, que comprende además, opcionalmente, al menos uno de entre del 0, 005% al 0, 5% de Ti, del 0, 005% al 0, 5% de V, del 0, 005% al 0, 5% de Nb, del 0, 005% al 0, 5% de Zr, del 0, 0002% al 0, 005% de B, del 0, 0003% al 0, 005% de Ca, del 0, 0003% al 0, 005% de Mg y del 0, 0003% al 0, 005% de un elemento de tierra rara, siendo el resto Fe e impurezas, teniendo dicho producto tubular para campo petrolífero una región con una menor cantidad de Cr bajo la superficie, que es una parte que tiene un concentración de Cr del 8, 5% o menor en masa en una región desde la superficie a una profundidad de menos de 100 µm hacia el interior del acero.

2. Producto tubular de acero inoxidable martensítico para campos petrolíferos según la reivindicación 1, que comprende al menos uno de entre del 0, 005% al 0, 5% de Ti, del 0, 005% al 0, 5% de V, del 0, 005% al 0, 5% de Nb y del 0, 005% al 0, 5% de Zr.

3. Producto tubular de acero inoxidable martensítico para campos petrolíferos según la reivindicación 1 ó 2, que

comprende al menos uno de entre del 0, 0002% al 0, 005% de B, del 0, 0003% al 0, 005% de Ca, del 0, 0003% al 0, 005% de Mg y del 0, 0003% al 0, 005% de un elemento de tierras raras.