Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание современных конструкционных металлических материалов устойчивых к сероводородной коррозии, разработка и изготовление из них запорной арматуры газонефтедобывающих месторождений с целью снижения аварийности

Номер контракта: 14.577.21.0185

Руководитель: Чуманов Илья Валерьевич

Должность: заведующий кафедрой "Общая металлургия"

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)"
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет"(национальный исследовательский университет)

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
электрошлаковый переплав; центробежное литье; полая и цельная заготовка; металлы устойчивые к сероводородной коррозии; запорная арматура газонефтедобывающих месторождений; снижения аварийности

Цель проекта:
С открытием и освоением нефтегазовых месторождений в составе продукции скважин которых содержится сероводород, проблема защиты металлоконструкций от сероводородной коррозии встала со всей остротой. В России более 20% разведанных месторождений газа имеют сероводород и углекислый газ. По данным Ростехнадзора, на территории России в эксплуатации находится около 350 тыс. км промысловых трубопроводов (ПТ), на которых ежедневно отмечается 20 тыс. случаев нарушения герметичности, приводящих к потерям нефти и загрязнению окружающей среды. По информации «Гринпис», картина выглядит еще более ужасающе: 30-50 тыс. аварий в год, которые приводят к разливу 10-20 млн. тонн нефти. При этом около 90 % аварий происходит по причине коррозионного поражения материала труб и запорной арматуры. Таким образом, целью проекта является создание импорт-замещающей комплексной технологии создания новых металлических материалов и изделий из них, устойчивых к сероводородной коррозии. Разрабатываемая технология должна давать возможность снижать энергетические затраты при производстве электрошлаковой заготовки на 20-30%, при этом увеличивать производительность процесса электрошлакового переплава до 40%, снижать стоимость механической обработки, за счет получения отливки в т.ч. полой, близкой к конечному изделию.

Основные планируемые результаты проекта:
2.1 Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИЭР, содержащие:
На данном этапе проекта были реализованы следующие работы:
1. Произведен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов относящихся к разрабатываемой теме, позволяющий установить причины сероводородной коррозии материалов запорной арматуры, а также выявить закономерности скорости коррозии от состава материалов, применяемых в используемой арматуре;
2. Выполнены патентные исследования, позволяющие оценить современное развитие техники и технологии в области реализуемого проекта;
3. Разработан способ получения полых и цельных слитков, позволяющего увеличивать плотность выплавляемого металла за счет изменения режимов кристаллизации ванны и обеспечивающего чистый по неметаллическим включениям металл, уменьшить энергетические потери при переплаве на 20-30%;
4. Выполнено термодинамическое моделирование фазового состава разрабатываемой композиции стали на программном комплексе «FactSage»;
5. На основании анализа научно-технической литературы и моделирования фазового состава предложена композиция стали, более стойкая к сероводородной коррозии, чем существующие аналоги;
6. Разработана эскизная конструкторская документация на устройство вращения расходуемого электрода;
7. Проведены металлографические исследования деталей запорной арматуры вышедших из строя, оценка макро- и микроструктуры, исследования химического состава, глубины и характера коррозии, которые позволяют более полно понимать принципы защиты металла.
Основными планируемыми результатами проекта являются:
1. Создание новых материалов на основе применения методов спецэлектрометаллургии, обладающих повышенным ресурсом работы, по сравнению с используемыми материалами.
2. Разработка и изготовление запорной арматуры на основе применения методов спецэлектрометаллургии, исследование структуры и физико-механических свойств полученных материалов.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Результатом выполнения проекта станет технология создания новых материалов на основе применения методов спецэлектрометаллургии (электро-шлаковой выплавки), обладающих повышенным ресурсом работы, по сравнению с используемыми материалами.
В рамках выполнения проекта будет произведена разработка и изготовление запорной арматуры на основе применения методов спецэлектрометаллургии (электрошлаковой выплавки), исследование структуры и физико-механических свойств полученных материалов.
Разрабатываемая технология станет основой создания новых металлических материалов и изделий из них, устойчивых к сероводородной коррозии. Разрабатываемая технология будет давать возможность снижать энергетические затраты при производстве электрошлаковой заготовки на 20-30%, при этом увеличивать производительность процесса электрошлакового переплава (далее ЭШП) до 40%, снижать стоимость механической обработки, за счет получения отливки в т.ч. полой, близкой к конечному изделию.
Результаты работ являются новыми в части разработки состава стали, успешно сопротивляющегося сероводородной коррозии; разработки способа, позволяющего экономить значительное количество энергии при выплавке, получая при этом более плотный и чистый по неметаллическим включениям металл; разработки способа получения полого слитка, близкого по размерам к требуемому изделию.
Технологии, применяемые для производства материалов использующихся при добыче природных ресурсов в большинстве своем были разработаны ещё в прошлом веке, поэтому вопрос актуализации технологий получения, а также разработка новых композиций стали с повышенной стойкостью к сероводородной коррозии стоит достаточно остро.
в части применения методик повышения качества металла за счет повышения плотности и более полного удаления неметаллических Планируемые результаты будут достигнуты благодаря подходу, основанному на применении самых современных средств моделирования фазового состава (комплекс FactSage), а также применение испытательного комплекса «GLEEBLE 3800». Также основой для успешного достижения целей проекта является взаимодействие науки (получателя субсидии) и промышленности (индустриальные партнеры).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемая технология создания материалов стойких к сероводородной коррозии будет востребованной на предприятиях металлургической и машиностроительной отрасли. После разработки, апробации и внедрения данной технологии, практически каждое из этих предприятий может являться потенциальным производителем коррозионно-стойких металлических материалов. Потребителем создаваемых материалов является добывающая отрасль промышленности, в частности, это предприятия занимающиеся добычей нефти и газа по всей стране и прилегающим к ней территориям.
Разрабатываемые материалы позволят увеличить долговечность и срок безаварийной эксплуатации запорной арматуры, применяемой при добыче нефти и газа, при одинаковой или меньшей себестоимости по сравнению с существующими материалами. Это в свою очередь приведет к увеличению эффективности добычи нефти и газа, а также снижения затрат на ликвидацию последствий аварий на добывающих предприятиях.
Одним из вариантов влияния результатов исследования на развитие технического потенциала страны является усиление позиций российских предприятий металлургической, машиностроительной и нефтедобывающей сферы на внутреннем и международных рынках, посредством производства конкурент-способных материалов, обладающих уникальным комплексом различных свойств.

Текущие результаты проекта:
Работы, выполненные за счет средств субсидии:
1.1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИЭР.
1.2 Патентные исследований в соответствии ГОСТ Р 15.011-96.
1.3 Анализ полученной информации о существующих коррозионностойких марках стали.
1.4 Анализ способов, с помощью которых получают полые слитки.
1.5 Обоснование выбора направления исследований и разработок.
1.6 Термодинамическое моделирование фазового состава разрабатываемой композиции стали на программном комплексе FactSage.
1.7 Разработка химического состава композиции стали, более стойкого к сероводородной коррозии, чем существующие аналоги.
1.8 Разработка эскизной конструкторской документации на устройство вращения расходуемого электрода.
1.9 Металлографические исследования и анализ причин выхода из строя деталей запорной арматуры вышедших из строя, оценка макро- и микроструктуры, исследования химического состава, глубины и характера коррозии.
Работы, выполненные за счет внебюджетных средств:
1.10 Закупка материалов, необходимых для проведения исследования и получения экспериментальных металлов методом ЭШП и с помощью разливки на машине центробежного литья.
1.11 Входящий анализ закупленных материалов в части определение соответствия химического состава заявленному в сертификатах поставки.
1.12 Закупка материалов и оборудования, необходимых для проведения исследования и получения экспериментальных металлов методом наплавки на детали запорной арматуры.
1.13 Наработка группы образцов запорной арматуры с защитной наплавкой (группа 0), выполняющих роль деталей сравнения с помощью автоматического робота.