יישום של חומרי טיטניום בקידוחי נפט ובייצור
בשנים האחרונות, על מנת לשפר את שחזור הנפט הגולמי, להפחית את עלויות הפקת שדות הנפט והגז ולהאריך את חיי הפיתוח של שדות נפט וגז, ישנן יותר ויותר בארות מורכבות, כגון בארות עקירה גדולות, בארות רדיוס קצרות, וכן בארות אופקיות עם קידוח צד על ידי פתיחת חלונות בבארות ישנות. צינורות קידוח קונבנציונליים נתקלו בכמה בעיות קשות בעת שימוש בבארות מורכבות אלה. לדוגמה, בבארות אופקיות ברדיוס קצר במיוחד, עקמומיות שקע הקידוח קטנה מאוד (<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. חוזק גבוה ויכולת הפעלה חזקה יותר
המעבדה אישרה שכאשר הלחץ המחזורי הוא 30000psi-40000psi, חיי העייפות של טיטניום הם פי 10 מזה של פלדה רגילה. מקדם האלסטי של צינורות סגסוגת טיטניום הוא כ-16.5msi, שהוא אלסטי יותר מצינורות קידוח פלדה ומתאים יותר לקטעי באר בקימור גבוה. כיום, יוצרו צינורות מקדחים מסגסוגת טיטניום עם יעילות כלכלית טובה. גוף הצינור העשוי מ-Ti-6Al-4V מקולקל בשני הקצוות מרותך לחיבורי הכלים בשני הקצוות. גודל גוף צינור הטיטניום עומד בתקן API וטווח האורך הוא 2 או 3 המצוינים בתקן API. על מנת להוזיל את עלות הייצור, מפרק הכלי עשוי מפלדה, חוט המפרק מורץ לאחר אבזם האיפור והאיפור, והקוטר החיצוני של המפרק מרותך בחגורה עמידה בפני שחיקה. צינורות קידוח מסגסוגת טיטניום משמשים גם בארות עמוקות במיוחד ובארות בעלות עקירה גדולה. בשל הצפיפות הנמוכה של סגסוגת טיטניום, היא יכולה להפחית את העומס של הקרס הגדול ב-30%, להפחית את המומנט ב-30-40%, לשפר משמעותית את מרווח המתח ומקדם הבטיחות של כלי הקידוח ולשפר את היכולת לטיפול בתאונות מורכבות.
בסביבה היומיומית, חיי השירות של צינור מקדחה מסגסוגת טיטניום הם פי 10 מזה של צינור תרגיל פלדה קונבנציונלי מאותו מפרט; בסביבה קורוזיבית, זה פי 100 מזה של צינור תרגיל פלדה קונבנציונלי. בנוסף לצינורות קידוח, עמודי פלטפורמת נפט ימית, מחליפי חום, משאבות, שסתומים וכו' נמצאים בשימוש נרחב בשדות הפקת נפט וזיקוק. לדוגמה, פלטפורמת הקידוח של שדה הנפט בים הצפוני בארצות הברית משתמשת ב-100 מחליפי חום טיטניום; פרויקט Heidrum בנורבגיה משתמש בפיר העלה בלחץ גבוה טיטניום הראשון בעולם.
2. יותר עמיד בפני קורוזיה וחיי שירות ארוכים יותר
עבור פלטפורמות להפקת נפט ימית, הקורוזיה של חלקים מבניים הנגרמת על ידי זיהום ביולוגי חמורה למדי. לעתים קרובות הוא הופך ציוד מתכת מסורתי ל"מת למחצה", אבל לפני השטח של טיטניום יש סרט תחמוצת שנוצר באופן טבעי, צפוף, אינרטי, עמיד לחלודה ועמיד בפני קורוזיה, שיכול לעמוד בקלות בפני קורוזיה של מי ים, חומצה גופרתית, ופטרוכימיקלים ללא טיפול נוסף נגד קורוזיה. חלקי סגסוגת טיטניום יכולים לסייע לקידוחי נפט להיכנס למים עמוקים יותר ולבארות נפט עמוקות יותר, כולל טמפרטורות גבוהות יותר וסביבות ייצור עם קורוזיה חמורה (כלומר, מלח גבוה).
רוב משאבי הגז הטבעי של סין הם שדות גז המכילים גופרית, כמו אגן טארים בשינג'יאנג ואגן סצ'ואן, שהם שדות גז עתירי גופרית. הגנת קורוזיה של צינורות בשדות נפט וגז עם תכולת H2S2 ו-C2O2 גבוהה ושירות לטווח ארוך בתנאי טמפרטורה ולחץ גבוה הם בעיות קשות בפיתוח נפט וגז. כיום הבחירה בחומרים עמידים בפני קורוזיה איכותיים כצינורות הפכה לטרנד דומיננטי. סגסוגות טיטניום משמשות בסביבות עתירות גופרית בשל עמידותן המצוינת לחריצים, במיוחד בתנאי עבודה קשים, שבהם תכולת ה-Cl ו-H2S גבוהה, וסגסוגות כלליות של נירוסטה ואפילו סגסוגות על בסיס ניקל נפגעות.
3. קל יותר וגמיש יותר לתפעול
למרות שמוטות סגסוגת טיטניום חזקים יותר ממוטות פלדה, הם גם קלים יותר, כשהמשקל של אותו נפח הוא כמעט חצי ממשקל הפלדה. לכן, מומנט הקידוח יכול להיות מופחת בכמעט 50%, והעומס המתאים של הכונן העליון על הקרקע קטן יותר (PS: כוח קטן יותר, קידוח עמוק ויציב יותר), והציוד לא כל כך קל לשבור. לכן, מוטות טיטניום חזקים וקלים יותר, מה שיכול לחסוך יותר מאמץ, דלק וציוד.
בעתיד, הדרישה העולמית לצינורות שמן מסגסוגת טיטניום עם חוזק גבוה יותר ועמידות בפני קורוזיה חזקה יותר היא דחופה מאוד. חברות גדולות לייצור צינורות פלדה ומכוני מחקר מבצעים באופן פעיל עבודות מחקר ופיתוח. צפוי כי טיטניום המשמש בתחום קידוחי הנפט וההובלה צפוי להפוך לשוק יישומים גדול לחומרי טיטניום.
