Ứng dụng của vật liệu Titan trong khoan và sản xuất dầu
Trong những năm gần đây, để cải thiện khả năng thu hồi dầu thô, giảm chi phí sản xuất mỏ dầu khí và kéo dài thời gian phát triển của các mỏ dầu khí, ngày càng có nhiều giếng phức tạp hơn, như giếng dịch chuyển lớn, giếng bán kính ngắn và giếng khoan bán kính ngắn. giếng ngang khoan bên bằng cách mở cửa sổ ở giếng cũ. Các ống khoan thông thường đã gặp phải một số vấn đề khó khăn khi sử dụng ở các giếng phức tạp này. Ví dụ, trong các giếng ngang bán kính cực ngắn, độ cong của giếng rất nhỏ (<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. Sức mạnh cao hơn và khả năng vận hành mạnh hơn
Phòng thí nghiệm đã xác nhận rằng khi ứng suất theo chu kỳ ở mức 30000psi{1}}psi, tuổi thọ mỏi của titan gấp 10 lần so với thép thông thường. Hệ số đàn hồi của ống hợp kim titan khoảng 16,5msi, đàn hồi hơn ống khoan thép và phù hợp hơn với các mặt cắt giếng có độ cong cao. Hiện nay, ống khoan hợp kim titan có hiệu quả kinh tế tốt đã được sản xuất. Thân ống làm bằng Ti{5}}Al-4V được uốn cong ở cả hai đầu và được hàn vào các mối nối dụng cụ ở cả hai đầu. Kích thước của thân ống titan đáp ứng tiêu chuẩn API và phạm vi chiều dài là 2 hoặc 3 được chỉ định trong tiêu chuẩn API. Để giảm chi phí sản xuất, mối nối dụng cụ được làm bằng thép, ren nối được chạy vào sau khóa trang điểm và trang điểm, đường kính ngoài của mối nối được hàn bằng đai chống mài mòn. Ống khoan hợp kim titan cũng được sử dụng trong giếng siêu sâu và giếng có độ dịch chuyển lớn. Do mật độ thấp của hợp kim titan, nó có thể giảm 30% tải trọng của móc lớn, giảm mô-men xoắn 30-40%, cải thiện đáng kể biên độ căng và hệ số an toàn của dụng cụ khoan, đồng thời cải thiện khả năng để xử lý các sự cố phức tạp.
Trong môi trường hàng ngày, tuổi thọ của ống khoan hợp kim titan gấp 10 lần so với ống khoan thép thông thường có cùng thông số kỹ thuật; trong môi trường ăn mòn gấp 100 lần so với ống khoan thép thông thường. Ngoài các ống khoan, cột giàn khoan dầu ngoài khơi, bộ trao đổi nhiệt, máy bơm, van, v.v. được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất và lọc dầu. Ví dụ, giàn khoan dầu Biển Bắc ở Hoa Kỳ sử dụng 100 bộ trao đổi nhiệt titan; Dự án Heidrum ở Na Uy sử dụng trục tăng áp cao bằng titan đầu tiên trên thế giới.
2. Chống ăn mòn nhiều hơn và tuổi thọ dài hơn
Đối với các giàn khai thác dầu ngoài khơi, tình trạng ăn mòn các bộ phận kết cấu do ô nhiễm sinh học là khá nghiêm trọng. Nó thường làm cho các thiết bị làm bằng kim loại truyền thống "chết nửa chừng", nhưng bề mặt titan có màng oxit hình thành tự nhiên, dày đặc, trơ, chống gỉ và chống ăn mòn, có thể dễ dàng chống lại sự ăn mòn của nước biển, axit sulfuric, và hóa dầu mà không cần xử lý chống ăn mòn bổ sung. Các bộ phận bằng hợp kim titan có thể giúp khoan dầu vào vùng nước sâu hơn và giếng dầu sâu hơn, bao gồm nhiệt độ cao hơn và môi trường sản xuất bị ăn mòn nghiêm trọng (tức là lượng muối cao).
Hầu hết tài nguyên khí đốt tự nhiên của Trung Quốc là các mỏ khí chứa lưu huỳnh, chẳng hạn như lưu vực Tarim ở Tân Cương và lưu vực Tứ Xuyên, là các mỏ khí có hàm lượng lưu huỳnh cao. Việc bảo vệ chống ăn mòn đường ống trong các mỏ dầu khí có hàm lượng H2S2 và C2O2 cao và hoạt động lâu dài trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao là những vấn đề khó khăn trong quá trình phát triển dầu khí. Hiện nay, việc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn chất lượng cao làm ống đã trở thành xu hướng chủ đạo. Hợp kim titan được sử dụng trong môi trường có hàm lượng lưu huỳnh cao do khả năng chống rỗ tuyệt vời, đặc biệt là trong điều kiện làm việc khắc nghiệt, nơi hàm lượng Cl và H2S cao, thép không gỉ nói chung và thậm chí cả hợp kim gốc niken bị ăn mòn.
3. Vận hành nhẹ hơn và linh hoạt hơn
Mặc dù thanh hợp kim titan mạnh hơn thanh thép nhưng chúng cũng nhẹ hơn, với trọng lượng cùng thể tích gần bằng một nửa trọng lượng của thép. Do đó, mô-men khoan có thể giảm gần 50% và tải trọng tương ứng của bộ truyền động trên cùng trên mặt đất nhỏ hơn (PS: lực nhỏ hơn, khoan sâu hơn và ổn định hơn) và thiết bị không dễ bị gãy. Vì vậy, thanh titan chắc chắn và nhẹ hơn nên có thể tiết kiệm được nhiều công sức, nhiên liệu và thiết bị hơn.
Trong tương lai, nhu cầu toàn cầu về ống dầu hợp kim titan có độ bền cao hơn và khả năng chống ăn mòn mạnh hơn là rất cấp thiết. Các công ty sản xuất ống thép lớn trong nước và các viện nghiên cứu đang tích cực thực hiện công tác nghiên cứu và phát triển. Dự kiến titan được sử dụng trong lĩnh vực khoan và vận chuyển dầu sẽ trở thành thị trường ứng dụng lớn cho vật liệu titan.
