تطبيق مواد التيتانيوم في حفر وإنتاج النفط
في السنوات الأخيرة، من أجل تحسين استخلاص النفط الخام، وخفض تكاليف إنتاج حقول النفط والغاز، وإطالة عمر تطوير حقول النفط والغاز، هناك المزيد والمزيد من الآبار المعقدة، مثل آبار الإزاحة الكبيرة، والآبار نصف القطر القصيرة، والآبار الآبار الأفقية مع الحفر الجانبي عن طريق فتح النوافذ في الآبار القديمة. وقد واجهت أنابيب الحفر التقليدية بعض المشاكل الصعبة عند استخدامها في هذه الآبار المعقدة. على سبيل المثال، في الآبار الأفقية ذات نصف القطر القصير جدًا، يكون انحناء حفرة البئر صغيرًا جدًا (<18m), which causes conventional drill pipes to produce large alternating stress. Alternating stress causes drill pipe fatigue fractures from time to time, causing significant losses to oil fields. To solve these problems, foreign countries have begun to start with new materials and develop titanium alloy drill pipes, aluminum alloy drill pipes, composite drill pipes, etc. to replace conventional drill pipes.
1. قوة أعلى وقدرة تشغيلية أقوى
أكد المختبر أنه عندما يكون الضغط الدوري عند 30000 رطل لكل بوصة مربعة-40000 رطل لكل بوصة مربعة، فإن عمر الكلال للتيتانيوم يكون 10 أضعاف عمر الفولاذ العادي. يبلغ معامل المرونة لأنابيب سبائك التيتانيوم حوالي 16.5msi، وهو أكثر مرونة من أنابيب الحفر الفولاذية وأكثر ملاءمة لأقسام الآبار ذات الانحناء العالي. في الوقت الحاضر، تم إنتاج أنابيب الحفر المصنوعة من سبائك التيتانيوم بكفاءة اقتصادية جيدة. جسم الأنبوب المصنوع من Ti-6Al-4V مضطرب من كلا الطرفين وملحوم بمفاصل الأدوات من كلا الطرفين. حجم جسم أنبوب التيتانيوم يتوافق مع معيار API ونطاق الطول هو 2 أو 3 المحدد في معيار API. من أجل تقليل تكلفة التصنيع، فإن وصلة الأداة مصنوعة من الفولاذ، ويتم تشغيل خيط المفصل بعد مشبك التركيب والتركيب، ويتم لحام القطر الخارجي للمفصل بحزام مقاوم للتآكل. تُستخدم أيضًا أنابيب الحفر المصنوعة من سبائك التيتانيوم في الآبار العميقة جدًا والآبار ذات الإزاحة الكبيرة. نظرًا للكثافة المنخفضة لسبائك التيتانيوم، يمكنها تقليل حمل الخطاف الكبير بنسبة 30%، وتقليل عزم الدوران بنسبة 30-40%، وتحسين هامش الشد وعامل الأمان لأداة الحفر بشكل كبير، وتحسين القدرة للتعامل مع الحوادث المعقدة.
في البيئة اليومية، عمر الخدمة لأنبوب الحفر المصنوع من سبائك التيتانيوم يبلغ 10 أضعاف عمر أنبوب الحفر الفولاذي التقليدي بنفس المواصفات؛ وفي البيئة المسببة للتآكل، يكون 100 مرة أكثر من أنابيب الحفر الفولاذية التقليدية. بالإضافة إلى أنابيب الحفر، يتم استخدام أعمدة منصات النفط البحرية والمبادلات الحرارية والمضخات والصمامات وما إلى ذلك على نطاق واسع في مجالات إنتاج النفط وتكريره. على سبيل المثال، تستخدم منصة حفر حقول النفط في بحر الشمال في الولايات المتحدة 100 مبادل حراري من التيتانيوم؛ يستخدم مشروع Heidrum في النرويج أول عمود رفع عالي الضغط من التيتانيوم في العالم.
2. أكثر مقاومة للتآكل وعمر خدمة أطول
بالنسبة لمنصات إنتاج النفط البحرية، فإن تآكل الأجزاء الهيكلية الناتج عن التلوث البيولوجي يكون شديدًا للغاية. غالبًا ما تجعل المعدات المعدنية التقليدية "نصف ميتة"، لكن سطح التيتانيوم يحتوي على طبقة أكسيد طبيعية وكثيفة وخاملة ومقاومة للصدأ ومقاومة للتآكل، والتي يمكن أن تقاوم بسهولة تآكل مياه البحر وحمض الكبريتيك. والبتروكيماويات دون معالجة إضافية مضادة للتآكل. يمكن أن تساعد أجزاء سبائك التيتانيوم في التنقيب عن النفط في الدخول إلى المياه العميقة وآبار النفط العميقة، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة وبيئات الإنتاج ذات التآكل الشديد (أي الملح العالي).
معظم موارد الغاز الطبيعي في الصين عبارة عن حقول غاز تحتوي على الكبريت، مثل حوض تاريم في شينجيانغ وحوض سيتشوان، وهي حقول غاز عالية الكبريت. تعد الحماية من التآكل للأنابيب في حقول النفط والغاز ذات المحتوى العالي من H2S2 وC2O2 والخدمة طويلة الأمد في ظل درجات الحرارة المرتفعة وظروف الضغط العالي من المشكلات الصعبة في تطوير النفط والغاز. في الوقت الحاضر، أصبح اختيار المواد المقاومة للتآكل عالية الجودة كأنابيب هو الاتجاه السائد. تُستخدم سبائك التيتانيوم في البيئات عالية الكبريت نظرًا لمقاومتها الممتازة للتنقر، خاصة في ظروف العمل القاسية، حيث يكون محتوى Cl وH2S مرتفعًا، ويتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ العام وحتى السبائك القائمة على النيكل.
3. أخف وزنا وأكثر مرونة في التشغيل
على الرغم من أن قضبان سبائك التيتانيوم أقوى من قضبان الفولاذ، إلا أنها أخف أيضًا، حيث يبلغ وزن نفس الحجم نصف وزن الفولاذ تقريبًا. لذلك، يمكن تقليل عزم الحفر بنسبة 50٪ تقريبًا، ويكون الحمل المقابل للمحرك العلوي على الأرض أصغر (PS: قوة أصغر، حفر أعمق وأكثر استقرارًا)، وليس من السهل كسر المعدات. ولذلك، فإن قضبان التيتانيوم قوية وأخف وزنًا، مما يمكن أن يوفر المزيد من الجهد والوقود والمعدات.
في المستقبل، يعد الطلب العالمي على أنابيب النفط المصنوعة من سبائك التيتانيوم ذات القوة الأعلى والمقاومة الأقوى للتآكل أمرًا ملحًا للغاية. تقوم شركات تصنيع أنابيب الصلب المحلية الكبرى ومعاهد البحوث بنشاط بإجراء أعمال البحث والتطوير. ومن المتوقع أن يصبح التيتانيوم المستخدم في مجال التنقيب عن النفط ونقله سوقًا كبيرًا للتطبيقات لمواد التيتانيوم.