[发明专利]一种金属镍基陶瓷三层复合钢管及其制备方法

说明书

本发明的目的在于提供一种金属镍基陶瓷三层复合钢管及其制备方法，替代现有技术中的镍管及其制备方法，用于高含硫化氢天然气(大于等于15％)和高含碳酸(大于等于10％)油田采出液的管道输送，解决现有镍管在高碳酸环境下易造成腐蚀、破裂的缺陷，以提高管道安全性能、降低采、输成本和环保风险；为达到上述目的，本发明的解决方法是提供一种金属镍基陶瓷三层复合钢管，包括：低碳钢基管，所述低碳钢基管的管身内壁，由外向内依次设有高镍合金层和金属陶瓷层；所述低碳钢基管的管端处的内壁设有镍基堆焊层。

技术领域

本发明涉及管道输送领域，尤其涉及一种金属镍基陶瓷三层复合钢管及其制备方法。

背景技术

在我国油气资源中，含H₂S和CO₂的天然气田约占探明储量的25％，其中硫化氢具有很强的毒性和很强的腐蚀性，在与金属管道接触过程中会发生电化学反应，其阴极析出氢原子，并且因为硫化氢自身的特点，会阻止氢原子合成氢分子，造成氢原子无法排出，只能进入管道金属组织中，使金属组织发生硫化物开裂和氢致开裂现象；其中碳酸根与氢结合形成的高酸性凝析水具有较强的腐蚀性，也有抑制人类中枢神经的麻痹作用，且会造成人类中毒缺氧现象，因此，输送高含H₂S和CO₂的天然气的金属管道极易开裂，存在严重的安全环保风险；

针对上述情况，国内一般采用825镍基合金管和P110SS抗硫钢管作为有套管，采用G3高镍基合金作为油管，采用2250镍基合金管作为单井管线，以上管线价格昂贵，甚至需要进口，大幅度增加了油气开采成本；

采用内覆镍基合金的钢管能够降低天然气的采输成本，但目前的镍基复合钢管受工艺技术限制，一般长度较短，较难应用于高含硫化氢和碳酸的天然气管道输送；

国内外现有很多技术试图通过激光或中频感应，将镍基合金粉末熔敷在钢管内壁，制造成镍基复合钢管，以取代纯镍管，但受工艺技术限制，在熔敷过程中无法避免钢管内壁高镍层中的碳化物或氧化物夹杂，即无法避免氢原子通过碳化物或氧化物缝隙侵入低碳钢基管，其中激光熔敷层较薄，难以满足使用要求。

CN100432010C公开了一种多层陶瓷内衬复合管及其制备方法，是一种以金属间化合物和钛化物为陶瓷内衬复合钢管及其制备方法属于梯度复合材料的技术领域，本发明克服了采用离心自蔓延燃烧法制备陶瓷内衬复合管时陶瓷层与金属层为机械结合结构和力学性能不高的缺点。其特征在于是在钢管内填充混合的反应原料粉末并固定在旋转机构上，当转速达到1500～2000rpm时，用点火器点燃反应原料并使之形成高温自蔓延反应；高温反应合成的反应物按照不同密度在钢管内壁形成层状内衬层；合成的内衬层结构沿径向依次为钢管—金属间化合物—钛化物陶瓷—氧化铝陶瓷，但这种复合管在面对含有H₂S和CO₂的天然气，尤其是高碳酸含量的流体时，仍然存在开裂风险。

CN104197114A，公开了一种外敷玻璃纤维树脂增强保护层的油气输送管道用复合钢管。以传统管线钢管为基管，将浸润树脂的高强玻璃纤维缠绕到管线钢基管外表面作为高强玻璃纤维增强树脂层，从而形成一种内层为管线钢、外层为玻璃钢的全新复合管材，这种钢管虽然外部能防止腐蚀，但其内层钢材还是容易和天然气中的硫化氢反应导致管材开裂。

因此，有针对性的对管道输送领域提供一种具有抗硫化氢和碳酸腐蚀、耐磨、防结垢的特点的钢管，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属镍基陶瓷三层复合钢管及其制备方法，替代现有技术中的镍管及其制备方法，用于高含硫化氢天然气(大于等于15％)和高含碳酸(大于等于10％)油田采出液的管道输送，解决现有镍管在高碳酸环境下易造成腐蚀、破裂的缺陷，以提高管道安全性能、降低采、输成本和环保风险。

为达到上述目的，本发明的解决方法是提供一种金属镍基陶瓷三层复合钢管，包括：低碳钢基管，所述低碳钢基管的管身内壁，由外向内依次设有高镍合金层和金属陶瓷层；所述低碳钢基管的管端处的内壁设有镍基堆焊层。