Застосування титанових матеріалів у бурінні та видобутку нафти
В останні роки з метою покращення видобутку сирої нафти, зниження витрат на видобуток нафти й газу та продовження терміну розробки нафтових і газових родовищ з’являється все більше складних свердловин, таких як свердловини з великим витісненням, свердловини з коротким радіусом і горизонтальні свердловини з бічним бурінням шляхом відкриття вікон у старих свердловинах. Звичайні бурильні труби зіткнулися з деякими складними проблемами при використанні в цих складних свердловинах. Наприклад, в горизонтальних свердловинах ультракороткого радіусу кривизна стовбура дуже мала (<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. Вища міцність і сильніша робоча здатність
Лабораторія підтвердила, що коли циклічна напруга становить 30000 psi-40000psi, довговічність титану в 10 разів перевищує витривалість звичайної сталі. Коефіцієнт пружності труб з титанового сплаву становить приблизно 16,5 мкв. дюйм, що є більш еластичним, ніж сталеві бурильні труби, і більше підходить для секцій свердловин із високою кривизною. В даний час випускаються бурильні труби з титанового сплаву з хорошою економічною ефективністю. Корпус труби, виготовлений із Ti-6Al-4V, висаджується з обох кінців і приварюється до інструментальних з’єднань з обох кінців. Розмір корпусу титанової труби відповідає стандарту API, а діапазон довжини становить 2 або 3, вказані в стандарті API. З метою здешевлення виготовлення з’єднання виготовляється зі сталі, різьба з’єднання обкатується після навідної та навідної пряжки, а зовнішній діаметр з’єднання зварюється зносостійким поясом. Бурильні труби з титанового сплаву також використовуються в надглибоких свердловинах і свердловинах великого об'єму. Завдяки низькій щільності титанового сплаву він може зменшити навантаження великого гака на 30%, зменшити крутний момент на 30-40%, значно підвищити запас натягу та коефіцієнт міцності бурового інструменту, а також покращити здатність для лікування складних аварій.
У повсякденному середовищі термін служби бурильної труби з титанового сплаву в 10 разів перевищує термін служби звичайної сталевої бурильної труби тієї ж специфікації; в корозійному середовищі це в 100 разів більше, ніж у звичайних сталевих бурильних труб. Окрім бурильних труб, у нафтовидобутку та нафтопереробці широко використовуються стовпи морських нафтових платформ, теплообмінники, насоси, клапани тощо. Наприклад, на буровій платформі нафтопромислу в Північному морі в США використовується 100 титанових теплообмінників; проект Heidrum у Норвегії використовує перший у світі титановий стояк високого тиску.
2. Більш стійкий до корозії та довший термін служби
Для морських нафтовидобувних платформ корозія структурних частин, викликана біологічним забрудненням, є досить сильною. Це часто робить традиційне металеве обладнання «напівмертвим», але поверхня титану має природно сформовану, щільну, інертну, стійку до іржі та корозії оксидну плівку, яка може легко протистояти корозії морської води, сірчаної кислоти, і нафтохімії без додаткової антикорозійної обробки. Деталі з титанового сплаву можуть сприяти проникненню нафтових свердловин у глибші води та глибші нафтові свердловини, включаючи високі температури та виробничі середовища з сильною корозією (тобто з високим вмістом солі).
Більшу частину ресурсів природного газу в Китаї становлять сірковмісні газові родовища, такі як Тарімський басейн у Сіньцзяні та Сичуаньський басейн, які є родовищами газу з високим вмістом сірки. Захист від корозії труб на нафтових і газових родовищах з високим вмістом H2S2 і C2O2 і довготривала робота в умовах високої температури і високого тиску є складними проблемами при розробці нафти і газу. В даний час домінуючою тенденцією став вибір в якості труб якісних корозійностійких матеріалів. Титанові сплави використовуються в середовищах з високим вмістом сірки завдяки їх чудовій стійкості до точкової корекції, особливо в суворих робочих умовах, де високий вміст Cl і H2S, а звичайна нержавіюча сталь і навіть сплави на основі нікелю піддаються корозії.
3. Легший і більш гнучкий в експлуатації
Хоча стрижні з титанового сплаву потужніші, ніж сталеві, вони також легші, оскільки вага того самого об’єму майже вдвічі менша, ніж сталь. Таким чином, крутний момент свердління може бути зменшений майже на 50%, а відповідне навантаження верхнього приводу на землю є меншим (PS: менша сила, глибше та стабільніше буріння), і обладнання не так легко зламати. Таким чином, титанові вудилища міцні та легші, що може заощадити більше зусиль, палива та обладнання.
У майбутньому глобальний попит на масляні труби з титанового сплаву з високою міцністю та більшою стійкістю до корозії буде дуже актуальним. Основні вітчизняні підприємства з виробництва сталевих труб та науково-дослідні інститути активно проводять дослідно-конструкторські роботи. Очікується, що титан, який використовується в галузі буріння та транспортування нафти, стане великим ринком застосування титанових матеріалів.
