Aplikace titanových materiálů při vrtání a výrobě ropy
V posledních letech, aby se zlepšila těžba ropy, snížily se náklady na produkci ropných a plynových polí a prodloužila se životnost ropných a plynových polí, existují stále složitější vrty, jako jsou velké výtlakové vrty, vrty s krátkým poloměrem a horizontální studny s bočním vrtáním otevíráním oken ve starých studnách. Běžné vrtné trubky se při použití v těchto složitých vrtech setkaly s některými složitými problémy. Například u horizontálních vrtů s ultrakrátkým poloměrem je zakřivení vrtu velmi malé (<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.Vyšší pevnost a silnější provozní kapacita
Laboratoř potvrdila, že při cyklickém namáhání 30 000 psi-40000psi je únavová životnost titanu 10krát delší než u běžné oceli. Koeficient pružnosti trubek z titanové slitiny je asi 16,5 msi, což je elastičtější než ocelové vrtné trubky a je vhodnější pro úseky studní s vysokým zakřivením. V současné době se vyrábí vrtné trubky z titanové slitiny s dobrou ekonomickou účinností. Tělo trubky vyrobené z Ti-6Al-4V je na obou koncích přerušeno a na obou koncích přivařeno ke spojům nástroje. Velikost těla titanové trubky odpovídá standardu API a rozsah délek je 2 nebo 3 specifikovaný ve standardu API. Pro snížení výrobních nákladů je nástrojový spoj vyroben z oceli, závit kloubu je zaběhnutý po sešroubování a přezce a vnější průměr spoje je svařen pásem odolným proti opotřebení. Vrtné trubky z titanové slitiny se také používají v ultrahlubokých vrtech a vrtech s velkým objemem. Díky nízké hustotě titanové slitiny může snížit zatížení velkého háku o 30 %, snížit točivý moment o 30-40 %, výrazně zlepšit rozpětí napětí a bezpečnostní faktor vrtacího nástroje a zlepšit schopnost zvládnout složité nehody.
V každodenním prostředí je životnost vrtné trubky z titanové slitiny 10krát delší než u běžné ocelové vrtné trubky stejné specifikace; v korozivním prostředí je 100krát vyšší než u běžných ocelových vrtných trubek. Kromě vrtných trubek se v ropných a rafinérských polích široce používají pilíře ropných plošin na moři, výměníky tepla, čerpadla, ventily atd. Například vrtná plošina pro ropná pole v Severním moři ve Spojených státech používá 100 titanových výměníků tepla; projekt Heidrum v Norsku využívá první titanovou hřídel vysokotlaké stoupačky na světě.
2. Odolnější proti korozi a delší životnost
U plošin na těžbu ropy na moři je koroze konstrukčních částí způsobená biologickou kontaminací poměrně závažná. Často dělá tradiční kovové zařízení "napůl mrtvé", ale povrch titanu má přirozeně vytvořený, hustý, inertní, korozivzdorný a korozivzdorný oxidový film, který snadno odolá korozi mořské vody, kyseliny sírové, a petrochemie bez dodatečné antikorozní úpravy. Díly z titanové slitiny mohou pomoci ropným vrtům vstoupit do hlubších vod a hlubších ropných vrtů, včetně vyšších teplot a výrobních prostředí se silnou korozí (tj. s vysokým obsahem soli).
Většina čínských zdrojů zemního plynu jsou plynová pole obsahující síru, jako je pánev Tarim v Sin-ťiangu a pánev Sichuan, což jsou pole plynu s vysokým obsahem síry. Protikorozní ochrana potrubí v ropných a plynových polích s vysokým obsahem H2S2 a C2O2 a dlouhodobá obsluha za podmínek vysoké teploty a vysokého tlaku jsou obtížné problémy při vývoji ropy a zemního plynu. V současnosti se dominantním trendem stal výběr vysoce kvalitních korozivzdorných materiálů jako potrubí. Titanové slitiny se používají v prostředích s vysokým obsahem síry díky jejich vynikající odolnosti proti důlkové korozi, zejména v náročných pracovních podmínkách, kde je vysoký obsah Cl a H2S, a obecně nerezová ocel a dokonce i slitiny na bázi niklu jsou zkorodované.
3. Lehčí a flexibilnější při provozu
Tyče z titanové slitiny jsou sice výkonnější než ocelové, ale také lehčí, přičemž hmotnost stejného objemu je téměř poloviční než u oceli. Proto lze vrtací moment snížit téměř o 50 % a odpovídající zatížení horního pohonu na zemi je menší (PS: menší síla, hlubší a stabilnější vrtání) a zařízení není tak snadné rozbít. Proto jsou titanové tyče pevné a lehčí, což může ušetřit více úsilí, paliva a vybavení.
V budoucnu je velmi naléhavá celosvětová poptávka po olejových trubkách z titanové slitiny s vyšší pevností a silnější odolností proti korozi. Hlavní domácí společnosti vyrábějící ocelové trubky a výzkumné ústavy aktivně provádějí výzkum a vývoj. Očekává se, že titan používaný v oblasti ropných vrtů a dopravy se podle očekávání stane velkým aplikačním trhem pro titanové materiály.