20世紀90年代后期,油田向油井管制造企業提出了需要抗二氧化碳腐蝕的13Cr不銹鋼無縫管材。最初,由于生產工藝、技術、坯料等問題,國內油井管制造企業還拿不出這種產品給油田使用。21世紀初,經與油田協商和技術論證,確定前期開發低鉻(3Cr、5Cr)管材,配合采用緩釋劑的方案,解決了部分區域二氧化碳腐蝕油井管材問題,但是這種低鉻抗二氧化碳腐蝕的管材,其適用范圍是有限,使用效果也是有限的。2001年10月,浙江不銹鋼管廠家在250機組上成功試軋出了2Cr13不銹鋼管,2003-2004年寶鋼、天津鋼管相繼開發出了13Cr油管和套管,隨后根據油田的需要,又開發出HP13Cr、SUP13Cr抗二氧化碳腐蝕的管材,近年來衡陽鋼管也開發出HP13Cr、SUP13Cr套管。
當含有CO2的油(氣)井溫度超過200℃時,馬氏體不銹鋼SUP15Cr也不能滿足耐腐蝕要求,需采用具有良好的耐二氧化碳和氯離子應力腐蝕裂紋性能的雙相不銹鋼。目前開發的22Cr和25Cr雙相(奧氏體相和鐵素體相)不銹鋼適用于200℃以上的二氧化碳油氣井。在對22Cr和25Cr雙相鋼的化學成分進行設計時,以調整Cr和Ni的含量來調整耐腐蝕效果。雙相鋼由鐵素體相加奧氏體相組成,晶粒相互交叉,習慣上由于奧氏體相和鐵素體相的比率不同,其耐腐蝕的性能也不相同。在雙相鋼中除基本成分Cr、Ni外,添加Mo和N等元素可提高耐孔蝕性能。雙相不銹鋼除了具有良好的耐高溫腐蝕性能外,相比馬氏體不銹鋼還具有更好的耐H2S應力腐蝕開裂性能,在常溫的NACE TM 0177-A法試驗中,在A溶液,85%SMYS加載環境中,馬氏體不銹鋼最多只能通過10kPa的H2S分壓試驗,而雙相不銹鋼25Cr可以通過100kPa的硫化氫分壓試驗。目前國內生產雙相不銹鋼油井管的公司主要有天津鋼管、寶鋼等。
有關研究報告指出對高含硫化氫、二氧化碳和CF的高溫環境超深井天然氣田,Ni基系列合金、Co基系列合金和Ti基系合金都是很好的選用材料。考慮到資源和經濟效益,大多數是采用Ni基合金作耐腐蝕合金。對其檢驗的耐腐蝕項目有:酸洗后麻坑、一般腐蝕、應力腐蝕開裂的敏感性等。應力腐蝕試驗包括四點彎曲試樣的檢驗、C型和雙懸臂梁式斷口試樣檢驗以及模擬條件下進行試驗,最后根據實驗數據、井底溫度條件,按發生失效變化來確定最佳的耐蝕合金。現將天津鋼管、寶鋼的耐蝕合金(CRA)產品列于下表8-4所示。