Application des tuyaux en acier revêtus de revêtement dans le transport sous-marin de pétrole et de gaz

Application des tuyaux en acier composites doublés dans le transport sous-marin de pétrole et de gaz

Le développement des gisements de pétrole et de gaz offshore devrait jouer un rôle important dans la production industrielle et le développement économique en tant que garantie énergétique importante pour la Chine.. En tant que processus important de développement des champs pétroliers et gaziers offshore, le transport du pétrole et du gaz est lié à l’utilisation des ressources pétrolières et gazières. En raison de la présence de plus de dioxyde de carbone, sulfure d'hydrogène et autres gaz dans le milieu pétrolier et gazier, les matériaux ordinaires en acier au carbone et en alliage sélectionnés par le pipeline se corrodent souvent, affectant les travaux de transport de pétrole et de gaz et affectant la sécurité des transports; Et sur la base des caractéristiques du transport pétrolier et gazier, le pipeline généralement sélectionné doit être en mesure de garantir qu'aucune corrosion ni fuite ne se produisent dans 20 années, et peut garantir qu'il y a aussi peu ou pas d'entretien possible pendant le fonctionnement. Donc, il est particulièrement important de sélectionner des applications de canalisations appropriées pour le transport de pétrole et de gaz, en combinaison avec les matériaux et processus existants, afin de résoudre les problèmes de corrosion et d'utilisation sûre à long terme.. Combiné avec les avantages des tuyaux en acier au carbone et des tuyaux en alliage, l'utilisation de tuyaux doublés est une bonne solution aux problèmes ci-dessus, et on pense généralement au pays et à l'étranger que ce type de tuyau est un excellent matériau pour résoudre le problème de la corrosion du transport pétrolier et gazier et de son utilisation à long terme., et les recherches et progrès spécifiques sont les suivants.

1 Progrès de la recherche et analyse du principal processus de production de tubes en acier revêtus

Le tuyau en acier composite revêtu est principalement composé d'un tube de base et d'un tube intérieur. Parmi eux, le tuyau de base est principalement composé de tuyaux en acier au carbone ou de tuyaux en acier faiblement allié, et sa fonction est principalement de supporter la chambre à air et la résistance à la compression, tandis que le matériau principal de la doublure intérieure est composé d'acier inoxydable, alliage fer-nickel et autres matériaux résistants à la corrosion, et sa fonction principale est de résister à la corrosion du pipeline par les substances corrosives contenues dans le milieu pétrolier et gazier afin d'améliorer la durée de vie du pipeline; Pour la doublure intérieure, selon les caractéristiques de sa technologie de traitement, il peut également être appelé couche de revêtement interne ou doublure, et la structure spécifique est illustrée à la figure 1.

Situation actuelle complète, Le tuyau en acier composite doublé selon le tuyau de base et la couche interne du mode composite de matériau peut être divisé en composite mécanique (tuyau composite de revêtement) et composite métallurgique (tuyau composite intérieur), selon les normes de l'American Petroleum Institute, La principale technologie de traitement et de moulage des composites mécaniques est un composite hydraulique, composite d'étirage à froid, composite de déflagration, etc., et le composite métallurgique a principalement un composite d'extrusion à chaud, composite de laminage à chaud, composite de coulée centrifuge, etc.. Le processus spécifique et les avantages et inconvénients sont indiqués dans le tableau 1.

Table 1 Tableau de comparaison des technologies de traitement des tuyaux en acier composite à revêtement commun

Combiné avec les caractéristiques ci-dessus, La Chine a fait de grands progrès dans la recherche et la fabrication de tubes en acier composites doublés. Au cours des années, divers fabricants de tuyaux ont effectué de nombreuses recherches, comme l'ajout d'un grand nombre d'éléments d'alliage aux tuyaux métalliques, afin que la solidité et la résistance à l'usure des tuyaux puissent être considérablement améliorées. En général, comme le Japon, les États-Unis et d’autres technologies et normes avancées, la production de tubes en acier composites revêtus dans l'industrie pétrochimique et l'industrie nucléaire a été utilisée, et pour répondre aux exigences des centrales électriques et des mines et autres environnements à forte usure. En même temps, selon les rapports de la littérature, le laminage à chaud + Le processus de formage à froid développé et étudié au Japon a réalisé le traitement efficace des tubes en acier composites doublés, avec une excellente technologie, qualité fiable, forte résistance à la corrosion et résistance à la compression, et a joué un grand rôle dans la chimie, gisements de pétrole et de gaz.

2 Exigences de performance des tubes composites en acier revêtus et analyse des applications

2.1 Recherche sur les exigences matérielles et les propriétés mécaniques des tubes de base

Selon les exigences de API 5LD-2015 Norme, des tubes en acier au carbone ou en acier sans soudure faiblement alliés sont sélectionnés pour la fabrication de tubes en acier composites doublés, et sont fabriqués par traitement thermique, élongation, écrasement et autres processus. Pour tuyaux composites doublés, il s'avère que l'essai d'impact Charpy sur le substrat avant d'assembler le tuyau de revêtement peut réaliser l'inspection du tuyau de base et garantir la résistance du tuyau. Cette méthode est conforme à l'objectif de l'essai de frappe au marteau sur le pipeline d'un diamètre supérieur à 508 mm et d'une qualité d'acier de X52 ou supérieure requis par la norme API5LD-2015., et l'utilisation de cette méthode de test peut garantir efficacement les performances du tuyau. cependant, pour certaines applications avec une plus grande résistance à la corrosion et des pressions nominales plus élevées, les États-Unis ont proposé des exigences en matière d'essais de performance en traction à haute température dans l'étude, et la Chine l'a également appliqué. Par exemple, dans la sélection de tuyaux de Guangzhou Panyu 35-1/35-2 champ de pétrole et de gaz, le test de performance en traction à haute température est proposé, et le tuyau sans soudure X65 sélectionné dans le domaine pétrolier et gazier exige qu'il résiste à l'exigence d'absence de fracture à 419 MPa à 103 ° C. On peut constater que la sélection de tuyaux dans les champs de pétrole et de gaz chinois et dans d’autres champs résistants à la corrosion et à haute pression a renforcé les restrictions sur les exigences matérielles du tuyau de base., assurer la qualité de la canalisation et la sécurité du transport des médias.

2.2 Analyse et étude de l'utilisation des matériaux de la conduite et de la résistance à la corrosion du revêtement intérieur de la conduite de base

La couche de revêtement de tuyau en acier composite revêtu est en contact direct avec le milieu de transport, et sa performance anti-corrosion est un indicateur important, qui doit être pleinement pris en compte dans le choix des matériaux. Par exemple, Les exigences de la norme API5LD-2015 stipulent clairement les matériaux utilisés pour la couche de revêtement des tuyaux en acier composite revêtus, y compris l'acier inoxydable et les alliages résistants à la corrosion, comme l'acier inoxydable austénitique, alliage de ferronickel et ainsi de suite. Pour la sélection de tels matériaux, chaque fabricant et fabricant de tuyaux doit sélectionner le matériau approprié en combinaison avec les conditions spécifiques du milieu de transport pour garantir que ses propriétés chimiques et mécaniques répondent aux exigences de la norme API5LD-2015.. Par exemple, la couche de revêtement intérieur sélectionnée par Yacheng Oil and Gas Field Company est un tuyau en acier composite doublé en alliage fer-nickel, ce qui assure efficacement la corrosion du pipeline par les substances CO2 et H2S contenues dans le milieu pétrolier et gazier.

Sur la base des considérations ci-dessus, le choix de la couche de revêtement en fonction du type de fluide de transport et du degré de dureté de la corrosion est la clé, telles que les exigences matérielles de la couche de revêtement dans le SY/T 6855-2012 Norme, telles que les dispositions exigent que le métal de base de la couche de revêtement et le soudage soient conformes aux dispositions de l'ISO 15156-2015, et devrait pouvoir avoir les propriétés de fissuration sous contrainte par le soufre et de fissuration par corrosion; En même temps, il est souligné que la sélection des matériaux doit être considérée en fonction des paramètres de milieu, température et pression pour assurer ses performances et ses exigences.

2.3 Autres exigences de performance et progrès de la recherche sur les tubes en acier revêtus de revêtement

Pour tuyaux composites, la force de liaison entre la couche interne et la couche externe est la clé, mais fait également partie des indicateurs de performance importants du tuyau composite, l'application et le traitement réels doivent être mesurés de manière appropriée, comme la norme API5LD-2015 pour clarifier les exigences de la force de liaison, soulignant l'utilisation du test de résistance au cisaillement standard ASTM A264-2012, pour s'assurer que la force de liaison répond aux exigences. Selon les exigences de la norme, le test doit être effectué dans un lot de 50 tuyaux en acier pour assurer sa performance. cependant, pour tubes traités par procédé composite mécanique, il y a un espace macroscopique entre la couche de revêtement et le tuyau de base, comme si l'espace est mélangé avec de l'air ou des impuretés, cela aura un sérieux impact sur l'étanchéité. Par exemple, on trouve dans l'étude que lorsque la température du milieu de transport est trop élevée, le coefficient de dilatation du tube de base et du liner est différent, ce qui est facile à provoquer l'instabilité de la doublure, etc., qui peut provoquer un effondrement et un gonflement dans les cas graves, ce qui affectera le transport des médias. Pour les problèmes ci-dessus, les chercheurs ont utilisé le calcul par éléments finis pour ajuster les paramètres du processus composite dans l'étude, qui a efficacement résolu la séparation du boeuf à haute température et de la doublure. en outre, lorsque différents types de métaux sont utilisés pour le tube de base et le revêtement, le processus d'opération de soudage doit assurer la résistance à la corrosion de la couche de revêtement et de la soudure du revêtement intérieur, et les propriétés mécaniques du tuyau de base doivent être prises en compte, et la difficulté de soudage est plus grande. Pour ça, les chercheurs utilisent du fil de soudage faiblement allié dans l'étude, parce que le potentiel électrochimique est fondamentalement le même, la soudure est moins affectée par la corrosion, ce qui réduit non seulement le coût de soudage, mais évite également la fissuration de la soudure de la couche de transition, qui a une certaine valeur d'application dans la production réelle.

3 Application et analyse économique des tubes en acier revêtus dans le transport sous-marin de pétrole et de gaz

3.1 Recherche sur l'application des tuyaux en acier composites revêtus dans le transport sous-marin de pétrole et de gaz

Le tuyau en acier composite revêtu a d'excellentes propriétés mécaniques et une résistance à la corrosion, et le matériau approprié doit être sélectionné dans la sélection des tuyaux en combinaison avec des conditions spécifiques pour assurer l'économie de métaux précieux et réduire les coûts, et améliorer la densité d'efficacité. Le matériau de tuyau en acier composite doublé sélectionné dans les champs de pétrole et de gaz étrangers a atteint 200,000 tonnes, comme le tuyau composite en alliage Cu-Ni utilisé par la société japonaise NKK a une forte résistance à la corrosion et une soudabilité pour l'eau de mer, et est largement utilisé dans le tuyau d'introduction du système de dessalement d'eau de mer. En même temps, l'application du 316L comme tube en acier composite revêtu dans le champ pétrolifère chinois de Tarim a joué un rôle positif pour assurer le transport du pétrole et du gaz, réduisant le nombre de réparations et d’entretien, et garantir les avantages économiques des entreprises. cependant, En général, son application présente encore des lacunes, comme le tuyau de base, la norme actuelle API 5LD-2015 stipule les exigences minimales auxquelles les tuyaux en acier composite revêtus doivent répondre, mais en raison des différentes substances corrosives et concentrations contenues dans d'autres moyens de transport tels que le pétrole et le gaz, le degré de corrosion est différent, et le transport de certaines substances ne peut garantir sa sécurité; en outre, l'indice de ténacité du tuyau de base est une exigence importante du tuyau de base, et la norme actuelle n'est pas clairement stipulée, et il peut y avoir certains risques pour la sécurité. En termes de doublure, la norme actuelle ne répertorie pas les matériaux utilisés dans les environnements CO2 et H2S, et la corrosivité est la clé de la durée de vie de ces matériaux; Donc, la sélection réelle doit être une analyse complète des conditions de travail et des conditions environnementales pour garantir la sélection des matériaux et la sécurité d'utilisation.

3.2 Analyse des avantages économiques des tubes en acier composites doublés dans les applications de transport sous-marin de pétrole et de gaz

Du transport pétrolier et gazier offshore actuel, les mesures de contrôle des milieux corrosifs des pipelines comprennent principalement les catégories suivantes: Première, des inhibiteurs de corrosion sont ajoutés aux tuyaux en acier au carbone; Deuxième, l'utilisation d'un matériau de revêtement intérieur; Troisième, l'utilisation d'acier inoxydable et de matériaux résistants à la corrosion; Quatrième, l'utilisation de Vêtu Doublé tubes en acier composite. De la manière ci-dessus, les inhibiteurs de corrosion affecteront l'efficacité en raison des changements de milieu dans le tube, et les coûts de matériel et de main-d'œuvre sont élevés; La technologie de fixation au point de soudage du revêtement intérieur n'est pas parfaite, et il y a un certain risque; L'acier inoxydable est cher et présente un risque économique important dans les applications pétrolières et gazières offshore. Le tuyau en acier composite revêtu a une forte résistance mécanique et des performances de corrosion, a des avantages évidents, et a une certaine valeur d'application. En termes d'analyse des avantages économiques, bien que le coût d'utilisation des tuyaux en acier composite revêtu soit plus élevé, le coût de maintenance est moindre à un stade ultérieur, et c'est sûr et fiable, par rapport aux trois schémas ci-dessus, son coût d'investissement est moindre, surtout lorsque les avantages économiques sont plus évidents après que la période d'utilisation dépasse 10 années. En même temps, le processus et le matériau de fabrication des tuyaux en acier composite doublés sont différents, et sa différence de valeur est également grande, comme le prix actuel des tuyaux en acier composites doublés communs de 7000 ~ 25000 Dollars américains / Tonne, la différence de prix est plus grande. Donc, dans le transport par pipeline de chaque champ pétrolier et gazier offshore, l'environnement de corrosion correspondant doit être combiné pour garantir une utilisation fiable à long terme, et la couche de revêtement économique doit être sélectionnée pour garantir sa résistance à la corrosion et répondre aux exigences économiques, et pour assurer le transport en toute sécurité du support.

4 Conclusion

En résumé, Les tuyaux en acier composites revêtus ont une valeur importante dans le transport maritime du pétrole et du gaz. Maintenant, La technologie chinoise des tubes en acier composites doublés a fait de grands progrès, mais il existe encore un certain écart entre certains domaines et le niveau international. Afin d’assurer le développement de la technologie chinoise de fabrication de tubes en acier composites doublés, l'État et les entreprises devraient prendre des mesures efficaces pour répondre, accroître les investissements dans la recherche et le développement, et améliorer les produits de support, comme le développement de divers types d'accessoires, etc., pour parvenir à la nationalisation des matériaux connexes, réduire le monopole des produits étrangers, pour assurer le développement et l’application de la technologie chinoise de fabrication de tubes en acier composites doublés.