[发明专利]一种用于油气开发的高耐蚀钛合金管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于油气开发的高耐蚀钛合金管及其制备方法，主要解决现有钛合金管在高腐蚀环境中耐蚀性不足、高成本、加工复杂性、性能上有较大差距等问题。钛合金管除Ti以外，主要由以下成分按质量百分比组成，Al：3.6～4.1％，V：2.1～2.6％，Fe：0.7～1.6％，O：0.15～0.26％，Ru：0.01～1.1％，Ni：0.05～1.5％，0＜C≤0.07％，0＜N≤0.05％，0＜H≤0.0155％。同时，本发明还提供一种制备上述钛合金管的方法。本发明钛合金管材料采用合理的合金成分设计、降低了原有成份中贵金属Ru和V等的使用量，并使用合理的Fe元素和O元素配比进行β相稳定元素的补充，提高合金强度和韧性，利用Ru、V、Fe、Ni、W、Mo等元素协同作用，保持表面氧化膜的致密和稳定来提高耐蚀性能。

技术领域

本发明涉及石油天然气工业油气开发用管材领域，具体涉及一种用于油气开发的高耐蚀钛合金管及其制备方法，以保证油气井安全有效开采。

背景技术

随着石油天然气开发的进一步深入，中国许多西部和西南油气田开发具有高温(大于140℃)、高压(大于100MPa)、井深(大于5000m)、含高腐蚀介质(CO₂、H₂S、CL^－)等苛刻环境，为了适应油气田开发对油套管耐腐蚀性的要求，考虑到钛合金材料具有强度高、耐蚀性优异、弹性模量低、易于冷成型、耐海水冲刷等优良特性，已被用于制造油套管且具有非常优异的性能表现。

由于中国油气开发工况和其他国家有较大的区别，很多油气田的总压力、CO₂分压和H₂S分压等腐蚀条件都远超过国外，因此不是所有的钛合金材料都适用于中国的严酷油气开发工况，常规的钛合金如TA18、TC4等在此种工况下都会出现严重的腐蚀问题(如应力腐蚀开裂、缝隙腐蚀等)从而制约了钛合金材料在石油开发工业中的使用，国际上目前已有并使用的耐蚀钛合金如Ti-0.15Pd、Ti-Ru等合金，添加了大量的贵金属如钯、钌等，极大的提高了合金的成本和加工复杂性，同时在性能上也有较大差距，从而限制了钛合金的应用和推广，因此需要在保持一定强度和耐蚀性的条件下，降低合金的成本，开发出低成本高耐蚀的钛合金管材料及其制备加工工艺，实现钛合金油井管产品在油气开采领域的工业化应用。

发明内容

本发明的目的是解决现有钛合金管存在高成本、加工复杂、性能上有较大差距等问题，提供一种用于油气开发的高耐蚀钛合金管及其制备方法，该钛合金材料除使得该管材满足中国严酷油气开发工况使用力学性能和耐腐蚀性能之外，还具有较低的成本，可以满足中国油气开采领域的使用需要。

本发明解决上述问题的技术方案是，

一种用于油气开发的高耐蚀钛合金管，除Ti以外，主要由以下成分按质量百分比组成，Al：3.6～4.1％，V：2.1～2.6％，Fe：0.7～1.6％，O：0.15～0.26％，Ru：0.01～1.1％，Ni：0.05～1.5％，0＜C≤0.07％，0＜N≤0.05％，0＜H≤0.0155％。

进一步地，上述用于油气开发的高耐蚀钛合金管由以下成分按质量百分比组成，Al：4.05％，V：2.15％，Fe：0.92％，O：0.25％，Ru：0.01％，Ni：0.97％，C：0.05％，N：0.03％，H：0.0131％，余量为Ti。

进一步地，上述用于油气开发的高耐蚀钛合金管还添加有质量百分比为以下成分中的一种或两种以上合金元素，Cr：0.1～0.7％，W：0.02～0.55％，Mo：0.01～0.12％。在钛合金中添加Mo元素不但可以细化晶粒，提高合金的强度和塑性，而且在钛中加入适当微量的Mo元素使得Ru-Mo元素配合作用可以提高钛合金的耐蚀性，在钛中添加Cr元素可以使钛的FLADE电位(钝化电位)向活跃区移动，与Ru元素配合使用可以促进钛合金的钝化，Ru-W元素配合添加将会大大增强钛合金的耐蚀性，同时较少元素添加量降低合金成本。