การใช้วัสดุไทเทเนียมในการขุดเจาะและการผลิตน้ำมัน

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เพื่อปรับปรุงการนำน้ำมันดิบกลับมาใช้ใหม่ ลดต้นทุนการผลิตแหล่งน้ำมันและก๊าซ และยืดอายุการพัฒนาของแหล่งน้ำมันและก๊าซ มีหลุมที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น หลุมแทนที่ขนาดใหญ่ หลุมรัศมีสั้น และ บ่อแนวนอนเจาะข้างโดยเปิดหน้าต่างบ่อเก่า ท่อเจาะแบบทั่วไปประสบปัญหาที่ยุ่งยากเมื่อใช้ในหลุมที่ซับซ้อนเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ในหลุมแนวนอนที่มีรัศมีสั้นเป็นพิเศษ ความโค้งของหลุมเจาะมีขนาดเล็กมาก (<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. ความแข็งแรงสูงและความสามารถในการดำเนินงานที่แข็งแกร่งขึ้น

ห้องปฏิบัติการยืนยันว่าเมื่อความเค้นแบบไซคลิกอยู่ที่ 30000psi-40000psi อายุความล้าของไทเทเนียมจะเป็น 10 เท่าของเหล็กธรรมดา ค่าสัมประสิทธิ์ความยืดหยุ่นของท่อโลหะผสมไทเทเนียมอยู่ที่ประมาณ 16.5msi ซึ่งยืดหยุ่นมากกว่าท่อเจาะเหล็ก และเหมาะสำหรับส่วนหลุมที่มีความโค้งสูง ปัจจุบันมีการผลิตท่อเจาะโลหะผสมไทเทเนียมที่มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจที่ดี ตัวท่อที่ทำจาก Ti-6Al-4V บิดเบี้ยวที่ปลายทั้งสองข้างและเชื่อมเข้ากับข้อต่อเครื่องมือที่ปลายทั้งสองข้าง ขนาดของตัวท่อไทเทเนียมตรงตามมาตรฐาน API และช่วงความยาวคือ 2 หรือ 3 ที่ระบุในมาตรฐาน API เพื่อลดต้นทุนการผลิต ข้อต่อเครื่องมือทำจากเหล็ก เกลียวข้อต่อจะถูกรันอินหลังจากหัวเข็มขัดการแต่งหน้าและการแต่งหน้า และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของข้อต่อถูกเชื่อมด้วยเข็มขัดที่ทนต่อการสึกหรอ ท่อเจาะโลหะผสมไทเทเนียมยังใช้ในหลุมลึกพิเศษและหลุมที่มีการเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ เนื่องจากโลหะผสมไททาเนียมมีความหนาแน่นต่ำ สามารถลดภาระของตะขอขนาดใหญ่ได้ 30% ลดแรงบิดลง 30-40% ปรับปรุงค่าความตึงและปัจจัยด้านความปลอดภัยของเครื่องมือเจาะได้อย่างมาก และปรับปรุงความสามารถ เพื่อจัดการกับอุบัติเหตุที่ซับซ้อน

ในสภาพแวดล้อมประจำวัน อายุการใช้งานของท่อเจาะโลหะผสมไทเทเนียมคือ 10 เท่าของท่อเจาะเหล็กธรรมดาที่มีข้อกำหนดเดียวกัน ในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนนั้นมากกว่าท่อเจาะเหล็กกล้าทั่วไปถึง 100 เท่า นอกจากท่อเจาะแล้ว เสาแท่นขุดเจาะน้ำมันนอกชายฝั่ง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ปั๊ม วาล์ว ฯลฯ ยังถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการผลิตและการกลั่นน้ำมัน ตัวอย่างเช่น แท่นขุดเจาะบ่อน้ำมันในทะเลเหนือในสหรัฐอเมริกาใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนไทเทเนียม 100 เครื่อง โครงการ Heidrum ในนอร์เวย์ใช้เพลาไรเซอร์ไทเทเนียมสูงตัวแรกของโลก

2. ทนต่อการกัดกร่อนและมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

สำหรับแท่นผลิตน้ำมันนอกชายฝั่ง การกัดกร่อนของชิ้นส่วนโครงสร้างที่เกิดจากการปนเปื้อนทางชีวภาพค่อนข้างรุนแรง มันมักจะทำให้อุปกรณ์ที่ทำจากโลหะแบบดั้งเดิม "ครึ่งตาย" แต่พื้นผิวของไทเทเนียมมีฟิล์มออกไซด์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ หนาแน่น เฉื่อย ทนสนิม และทนต่อการกัดกร่อน ซึ่งสามารถต้านทานการกัดกร่อนของน้ำทะเล กรดซัลฟิวริกได้อย่างง่ายดาย และปิโตรเคมีที่ไม่มีการบำบัดป้องกันการกัดกร่อนเพิ่มเติม ชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียมสามารถช่วยให้การขุดเจาะน้ำมันลงสู่น้ำลึกและบ่อน้ำมันที่ลึกขึ้น รวมถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้นและสภาพแวดล้อมการผลิตที่มีการกัดกร่อนอย่างรุนแรง (เช่น เกลือสูง)

แหล่งก๊าซธรรมชาติของจีนส่วนใหญ่เป็นแหล่งก๊าซที่มีกำมะถัน เช่น ลุ่มน้ำทาริมในซินเจียง และลุ่มน้ำเสฉวน ซึ่งเป็นแหล่งก๊าซกำมะถันสูง การป้องกันการกัดกร่อนของท่อในแหล่งน้ำมันและก๊าซที่มีปริมาณ H2S2 และ C2O2 สูง และการใช้งานระยะยาวภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและความดันสูง เป็นปัญหาที่ยากในการพัฒนาน้ำมันและก๊าซ ปัจจุบันการเลือกใช้วัสดุคุณภาพสูงที่ทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นท่อกลายเป็นกระแสหลัก โลหะผสมไททาเนียมถูกนำมาใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีกำมะถันสูงเนื่องจากมีความต้านทานการเกิดรูพรุนที่ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพการทำงานที่รุนแรงซึ่งมีปริมาณ Cl และ H2S สูง และสเตนเลสทั่วไปและแม้แต่โลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลักก็เกิดการกัดกร่อน

3. เบากว่าและยืดหยุ่นในการใช้งานมากขึ้น

แม้ว่าแท่งโลหะผสมไททาเนียมจะมีพลังมากกว่าแท่งเหล็ก แต่ก็เบากว่าเช่นกัน โดยน้ำหนักในปริมาตรเท่ากันนั้นเกือบครึ่งหนึ่งของเหล็ก ดังนั้นแรงบิดในการเจาะจึงสามารถลดลงได้เกือบ 50% และภาระที่สอดคล้องกันของไดรฟ์ด้านบนบนพื้นก็น้อยลง (PS: แรงน้อยลง การเจาะลึกและเสถียรมากขึ้น) และอุปกรณ์จึงไม่แตกหักง่าย ดังนั้นแท่งไทเทเนียมจึงแข็งแรงและเบากว่า ซึ่งสามารถประหยัดแรง เชื้อเพลิง และอุปกรณ์ได้มากขึ้น

ในอนาคต ความต้องการทั่วโลกสำหรับท่อน้ำมันโลหะผสมไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงกว่าและทนทานต่อการกัดกร่อนที่แข็งแกร่งนั้นเป็นเรื่องเร่งด่วนมาก บริษัท ผู้ผลิตท่อเหล็กในประเทศรายใหญ่และสถาบันวิจัยกำลังดำเนินการวิจัยและพัฒนาอย่างแข็งขัน คาดว่าไทเทเนียมที่ใช้ในด้านการขุดเจาะน้ำมันและการขนส่งคาดว่าจะกลายเป็นตลาดการใช้งานขนาดใหญ่สำหรับวัสดุไทเทเนียม