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钛靠谱——钛合金在石油化工行业的应用

   2023-11-27 IP属地 陕西25740

  金属自被发现以来,化工领域一直是用量最大的。近12年,国内化工领域消耗的钛,每年都超过1.5万吨。

  钛靠谱001:钛·强度更高,作业能力更强

  可别小看全钛合金钻杆,这杆子。

  TA的比强度,是不锈钢的3.5倍,铝合金的1.3倍,镁合金的1.6倍,同样的轻重,能承受更大的冲击和压力。

  TA的抗拉强度,也是其他合金小伙伴的1.5-2倍,往地底下钻的时候更安全、更耐用,特别适合西北油田超深井、短半径井等复杂井况条件下的钻井作业。

强度

钛合金Ti-6Al-4V

不锈钢18-8

铝合金

抗拉强度/MPa

960

608

470

屈服强度/MPa

892

255

294

  近年来,为提高原油采收率,降低油气田开采成本,延长油气田开发寿命,复杂结构井越来越多,如大位移井、短半径井、老井开窗侧钻水平井。常规钻杆在这些复杂结构井应用时遇到了一些难以解决的问题。如在超短半径水平井中,井眼曲率很小(<18m),这使得常规钻杆产生很大的交变应力。交变应力引起钻杆疲劳断裂的情况时有发生,给油田带来重大损失。为解决这些问题,国外开始从新材料上着手,研制钛合金钻杆、铝合金钻杆、复合钻杆等代替常规钻杆。

  实验室证实,当周期应力处于30000psi-40000psi时,钛的疲劳寿命是普通钢材的10倍,钛合金管材的弹性系数约为16.5msi,弹性比钢制钻杆要好,更适于高曲率井段。目前已经生产出经济性较好的钛合金钻杆,材料为Ti-6Al-4V的管体经两端镦粗后、在两端对焊工具接头组成,钛管体尺寸满足API标准、长度范围为API标准规定的范围2或3。为降低制造成本,工具接头采用钢制,接头螺纹经过上卸扣磨合,接头外径敷焊耐磨带。钛合金钻杆在超深井、大位移井中也有应用。由于钛合金密度低,可降低大钩载荷30%,降低扭矩30-40%,显著提高钻具的拉力余量与安全系数,提高处理事故复杂能力。

  在日常环境下,钛合金钻杆的使用寿命,是同规格常规钢钻杆的10倍;腐蚀环境下,是常规钢钻杆的100倍。

  除了钻杆,海上石油平台支柱、换热器、泵、阀等等,采油和炼油领域都应用广泛。

  比如,美国的北海油田钻井平台,用了100个钛热交换器;挪威的Heidrum工程,用了世界上第一个钛制高压立管式竖井。

  钛靠谱002:钛·更耐腐蚀,作业年限更久

  海上石油开采平台,生物污染引起的结构件腐蚀是相当厉害的。经常会让传统金属制造的设备“半死不活”……

  但是,钛的表面有一层自然形成的,致密的、惰性、抗锈、抗腐蚀的氧化膜,不需要额外做防腐处理,就能轻轻松松抵抗海水、硫酸、石油化工品的腐蚀。

  钛合金部件,可以帮助石油钻探进入更深的水域和更深的油井,包括更高的温度和腐蚀严重(即多盐)的生产环境。

  有了钛,钻井平台只管探索,啥都不怕!

  中国天然气资源中大部分是含硫气田,如新疆塔里木、四川盆地都属于高含硫气田。高含H2S2、C2O2油气田的管材防腐、高温高压条件下长期服役是石油天然气开发的难点问题,目前选取优质耐腐蚀材料作管材已成为主导趋势。钛合金以其优异的抗点蚀性能,被应用到高含硫环境,特别是工况恶劣,Cl与H2S含量很高,一般不锈钢,甚至是基合金都发生腐蚀的情况下。

  钛靠谱003:钛·更轻巧,作业操作更灵活

  虽然,钛合金杆子比钢杆子更厉害

  但是,钛合金杆子还更轻,同体积的重量几乎只有钢的一半……

  因为钛杆子更轻,所以钻探的扭矩减少近50%,地面上顶驱的负荷对应的就更小(PS:更小的力,钻得更深更稳),设备就没那么容易坏。

  所以,钛杆子强有力,而且更轻,就可以更省力、更省油、更省设备。

  钛合金这杆子,用起来,简直是

  一本万利,秒杀钢铁两兄弟

  化工钛,钛靠谱!


 
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