Aplikácia titánových materiálov pri ropnom vŕtaní a výrobe
V posledných rokoch, aby sa zlepšila ťažba ropy, znížili sa náklady na produkciu ropných a plynových polí a predĺžila sa životnosť ropných a plynových polí, existuje stále viac a viac komplexných vrtov, ako sú vrty s veľkým výtlakom, vrty s krátkym polomerom a horizontálne studne s bočným vŕtaním otváraním okien v starých studniach. Bežné vrtné rúry sa pri použití v týchto zložitých vrtoch stretli s niektorými zložitými problémami. Napríklad v horizontálnych vrtoch s ultrakrátkym polomerom je zakrivenie vrtu veľmi 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.Vyššia pevnosť a silnejšia prevádzková kapacita
Laboratórium potvrdilo, že pri cyklickom namáhaní 30 000 psi-40000psi je únavová životnosť titánu 10-krát väčšia ako u bežnej ocele. Koeficient pružnosti rúr z titánovej zliatiny je asi 16,5 msi, čo je pružnejšie ako oceľové vrtné rúry a je vhodnejšie pre úseky studní s vysokým zakrivením. V súčasnosti sa vyrábajú vrtné rúry z titánovej zliatiny s dobrou ekonomickou účinnosťou. Teleso rúry vyrobené z Ti-6Al-4V je na oboch koncoch upchaté a na oboch koncoch privarené k spojom nástroja. Veľkosť tela titánovej rúry spĺňa normu API a rozsah dĺžok je 2 alebo 3 špecifikovaný v norme API. Aby sa znížili výrobné náklady, spoj nástroja je vyrobený z ocele, závit spoja je zabehnutý po zhotovovaní a vylamovaní spony a vonkajší priemer spoja je zvarený pásom odolným voči opotrebovaniu. Vrtné rúry z titánovej zliatiny sa používajú aj v ultra hlbokých vrtoch a vrtoch s veľkým objemom. Vďaka nízkej hustote titánovej zliatiny môže znížiť zaťaženie veľkého háku o 30 %, znížiť krútiaci moment o 30-40 %, výrazne zlepšiť rozpätie napätia a bezpečnostný faktor vŕtacieho nástroja a zlepšiť schopnosť zvládnuť zložité nehody.
V každodennom prostredí je životnosť vrtnej rúrky z titánovej zliatiny 10-krát väčšia ako životnosť bežnej oceľovej vrtnej rúrky rovnakej špecifikácie; v korozívnom prostredí je 100-krát vyššia ako u bežných oceľových vrtných rúr. Okrem vrtných potrubí sa v ropných a rafinačných poliach široko používajú piliere ropných plošín na mori, výmenníky tepla, čerpadlá, ventily atď. Napríklad vrtná plošina pre ropné polia v Severnom mori v Spojených štátoch používa 100 titánových výmenníkov tepla; projekt Heidrum v Nórsku využíva prvý titánový hriadeľ vysokotlakovej stúpačky na svete.
2. Odolnejšie voči korózii a dlhšia životnosť
V prípade platforiem na ťažbu ropy na mori je korózia konštrukčných častí spôsobená biologickou kontamináciou dosť závažná. Často spôsobuje, že tradičné kovové zariadenia sú „napoly mŕtve“, ale povrch titánu má prirodzene vytvorený, hustý, inertný, hrdzavejúci a korózii odolný oxidový film, ktorý ľahko odoláva korózii morskej vody, kyseliny sírovej, a petrochemické výrobky bez dodatočnej antikoróznej úpravy. Diely zo zliatiny titánu môžu pomôcť ropným vrtom dostať sa do hlbších vôd a hlbších ropných vrtov, vrátane vyšších teplôt a výrobných prostredí so silnou koróziou (tj vysokým obsahom soli).
Väčšina čínskych zdrojov zemného plynu sú plynové polia obsahujúce síru, ako napríklad panva Tarim v Sin-ťiangu a panva Sichuan, čo sú polia plynu s vysokým obsahom síry. Protikorózna ochrana potrubí v ropných a plynových poliach s vysokým obsahom H2S2 a C2O2 a dlhodobá prevádzka pri vysokej teplote a vysokotlakových podmienkach predstavujú zložité problémy pri vývoji ropy a zemného plynu. V súčasnosti sa dominantným trendom stal výber kvalitných materiálov odolných voči korózii ako rúr. Zliatiny titánu sa používajú v prostrediach s vysokým obsahom síry kvôli ich vynikajúcej odolnosti proti jamkovej korózii, najmä v náročných pracovných podmienkach, kde je vysoký obsah Cl a H2S a všeobecná nehrdzavejúca oceľ a dokonca aj zliatiny na báze niklu sú skorodované.
3. Ľahšie a flexibilnejšie na obsluhu
Prúty z titánovej zliatiny sú síce výkonnejšie ako oceľové prúty, no zároveň sú ľahšie, pričom hmotnosť rovnakého objemu je takmer polovičná v porovnaní s oceľou. Preto je možné krútiaci moment vŕtania znížiť takmer o 50 % a zodpovedajúce zaťaženie horného pohonu na zemi je menšie (PS: menšia sila, hlbšie a stabilnejšie vŕtanie) a zariadenie nie je také ľahké rozbiť. Preto sú titánové tyče pevné a ľahšie, čo môže ušetriť viac úsilia, paliva a vybavenia.
V budúcnosti je celosvetový dopyt po olejových rúrach z titánovej zliatiny s vyššou pevnosťou a silnejšou odolnosťou proti korózii veľmi naliehavý. Hlavné domáce spoločnosti na výrobu oceľových rúr a výskumné ústavy aktívne vykonávajú výskumné a vývojové práce. Očakáva sa, že titán používaný v oblasti ropných vrtov a dopravy sa stane veľkým aplikačným trhom pre titánové materiály.
