Giriş: Derin delme Talepleri
Derin sondaj işlemleri, petrol ve gaz keşfi, jeotermal enerji çekilmesi veya bilimsel delikler, katı sıvıların varlığına baskı yapar. Bore deliği şimdi rutin olarak 10.000 metre (32,800 feet), sıcaklıkların 200 °C (392°F) ve basınçların 200 MPa'yı aştığını (resmi) ve yüksek çözünürlükte kullanılan hidrojen sulfidasyonu ve pahalıya mal olan sertleştirici betonlar, yüksek çözünürlükte kullanılan hidrojeni (CO2) ve hidroklorik asitleri, yüksek çözünürlükte kullanılan malzeme seçimi meydan okumalarını içerir.
Titanyum alaşımları uzun süredir yüksek performanslı alternatifler olarak kabul edilmiştir. Yüksek özel güç (güçlü- ağırlık oranı), mükemmel korozyon direnci ve yorgunluk performansı onları özellikle de uzun süre boyunca borular, sondaj yükselişleri ve matkapları gibi kritik bileşenler ile ilgili olarak cazip hale getirir. son on yılda, alaşım kimyada önemli gelişmeler, üretim süreçleri ve uygulama yeterlilikleri, titanyum alaşımların kullanımını giderek daha derin sondaj ortamları talep edene genişletmiştir.Bu makale bu gelişmeleri inceler, yeni kompozisyonlar, yenilikçi üretim teknikleri, performans doğrulamaları ve diğer derin sondaj malzemelerinin bir sonraki nesli şekillendirecektir.
Titanyum Alloy Kompozisyonunda Son Gelişmeler
Stratejik Alaşımlama ile Yüksek Çağ Stability
Ti-6Al-4V (Grade 5) gibi Konvansiyonel titanyum alaşımları, havacılık ve endüstriyel uygulamalarda işbirlikleri olmuştur, ancak yük taşıma bileşenlerinin maksimum hizmet sıcaklığı genellikle 350°C'nin etrafında sınırlıdır. Daha derin iyi, sıcaklıklar bu eşiğini aşabilir, ürpertici ve hızlandırılmış oxidasyona neden olur.
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) alaşım, başlangıçta gaz türbini motorları için gelişmiştir, 565°C'ye kadar ürpertici direncini artırırken, 400 °C'nin üzerindeki 800 MPa'nın üzerinde verim sağlar ve birçok korozyona dayanıklı çelik notu sağlar.Daha yakın zamanda Ti-0.1'in eki olarak, Ti-15-3Al-2.7Nb-stratejik-to-tosuna kadar çok iyi dirençli olan asitleri azaltır.
Beta-Alloy Aileleri Yüksek Güç ve Zorluk
Metastable LR-titanium alaşımları, Ti-10V-2Fe-3Al ve Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr (Ti-5553), yüksek basınçta yüksek yük kapasitesinin azaltılabilmesi için yüksek çözünürlükte olan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınç testinin azaltılması için daha yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta yüksek basınçta kullanım için daha düşük basınçta yüksek basınç testinin azaltılması için daha düşük bir basınçta etkili bir şekilde dağıtılmasına olanak sağlar.
Creep ve Oxidation Direnişi için Yakın-α Alaşımlar
Yüksek sıcaklık ve strese devam eden bileşenler için - genişletilmiş erişimli kuyularda matkap boru gibi - Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr (Ti-62222) ve Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si (Ti-6242424242) geliştirildi. Silikonun eklenmesi (% 0,05), tahıl sınırlarında precipitleri inceleyerek stabilizasyonun arttırılmasına yardımcı oluyor.Bu alaşımlar 500 °C'de oda sıcaklığının% 80'i koruyorlar.
Yenilikçi Üretim Teknikleri
Kompleksi için ekstrücre üretimi
Katkılı üretim (AM), özellikle lazer tozu yatak füzyon (LPBF) ve elektron kirişi (EBM), titanyum tozdan tabakaya yeni olanaklar açtı, malzeme atıklarını azaltmak ve zamanlarını değiştirmek için karmaşık geometriler gerektirir.
Ti-6Al-4V ve daha yüksek güçlü α-alloys için, AM süreçleri şimdi malzemeyi en az% 99.9 üzerinde inşa edilmiş durumdaki eşitsizlikleri gösterdi. Post-processing via hot isostatik acil bir şekilde (HIP) 920°C ve 100 MPa for 2-4 saat yakın bir şekilde, ekstraksiyon ve ekstra malzeme için kullanılabilirliği artırmak için yorulma ömrünü artırmak için gerekli olan.Son çalışmalar, AM + HIP-treated Ti-5553 bileşenlerinin geri dönüşlü bir bükme limitine ulaştı.
Sıcak Isostatik Baskı (HIP) Defect Azalt için
HIP, titanyum için yeni değil, ancak işlem kontrolündeki ilerlemeler ve "near-net-shape" HIP, yüksek hacimli toz üretimi için temel bir adım yaptı.Başlangıçta özellikle de yüksek sıcaklık için, HIP iç boşlukları ortadan kaldırır ve homojen olarak çalışır (örneğin, TiAl-2Sn.
HIP-consolidated Ti-6242, yüksek memnun metalik betonda yüksek oranda yüksek oranda ısıtılmış özellikleri göstermiştir. $ 500°C/310 MPa. tekniği aynı zamanda büyük, üniformalı faturaların üretimini de sağlar.
Mikrostructural Kontrol için Termomechanical Processing for Microstructural Control
Konvansiyonel kesme ve yuvarlanma, titanyum matkap boru ve küvet üretme için gerekli kalır. Termomechanical processing (TMP) α / α / tahıl boyutunu optimize edilmiş sular ve soğutma programları ile kontrol etmeye odaklanır. Örneğin, Ti-6Al-4V için iki adım TMP rotası - α+LR deformasyonu takip eden için ilk α+ sensör - α tahıl boyutu 5-10 μm ile tamamen kontrol edilebilir.
Derin Ortamlarda Performans
Sour ve asitli koşullardaki korozyon Direnişi
Derin rezervuarlar genellikle H2S (sour gazı) ve yüksek hacimli pH seviyelerinde 3-4. Titanyum alaşımlar genellikle sulfid strese dayanıklı (SSC) ve klorür-indüklenen stres korozyon çatlakları 120°C'ye kadar değişir, ancak performans NACE TM0177 ve TM0196 standartlarına göre son derece yüksek çözünürlük testi ile değişir.
Asitli uyarı sıvıları (örneğin, %15 HCl), titanyum alaşımları 13Cr çelikten çok daha düşük korozyon oranları sergiliyor - <0.1 mm/yıl >10 mm/yıl ile kıyaslanma işlemine izin veriyor.Bu, Ti-6-4V'ü en büyük operasyonel avantaj olmadan asitleştirebilmeyi sağlıyor. Schlumberger, 50 μm paltodyumlu yüzey tabakasında% 20'lik asitin korozyonunu azaltdığını belgeledi.
Fatigue ve Dinamik Olarak Performansı Yükleniyor
Drill stringleri, döngüsel bükme, aksiyel gerilim ve tork rotasyon sırasında ve gezi sırasında. Titanyum'nın yüksek yorgunluk gücü, daha düşük elastik modulus ile bir araya geldi (114 GPa vs. 210 GPa for Steel), belirli bir boşluk için stres seviyelerini azaltır. ancak, titanyumun zayıflığı ve freskler aşınması, kaplama teknolojilerinde son derece dikkatli bir şekilde tasarım gerektirir - 200'den fazla şarj döngüsü ve elmas benzeri karbon gibi - 50-kırıklıklı kaplamalar için stres döngüleri için 50-sıkırık-sıralama işlemine kıyasla, yüksek çözünürlükte 50-kırıklama işlemine kıyasla yüksek çözünürlükte.
Kilo Azaltılması ve Operasyonel Faydaları
Titanyum'nın yoğunluğu (~4.43 g/cm3 for Ti-6Al-4V) çelik borunun yaklaşık% 56'sı çelik borunun, matkapta kaydedilen her kilogram, genişletilmiş erişim sisteminde gerginlikleri azaltır ve daha uzun süre boyunca bölümlere izin verir ([D).D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.D.))))))En derin delme işlemine izin veren 5 inçlik çelik borunun yerinin 5 inç daha fazla azalttığını bildirdi.
Kabul ve Stratejiler
Maliyet ve Ekonomik Feabilite
Derin delmede yaygın olarak titanyum kullanımı için birincil engel maliyettir. Titanyum sünger fiyatları genellikle 8–15 /kg ve daha fazla işleme (düşük, işleme) önemli ölçüde azalır, çünkü bir titanyum kaplama boru eklemi çelik meslektaşından 5-10 kat daha pahalıya mal olabilir. ancak HPHT/sour iyileri, titanyumun% 25'i azalttığını gösteriyor.
Üretim Ölçeği ve Tedarik Zinciri Kıtlar
Titanyum alaşım üretimi, havacılık talebi için yoğun bir şekilde yoğunlaşıyor. Uçak dışı olmayan notlar için kapasiteyi genişletin, hurdaları (vacuum-arc remelting, soğuk kalph) ve bazı derin sondaj operatörlerinin, HIP'in yakın üretim tesislerini üretmek için toz metalurjiye (PM) geri yüklemesi gerekiyor ve şişeleri azaltır. Endüstri eksileri dahil olmak üzere bazı tedarik malzemeleri tedarik eder.
Tasarım Standartları ve Kazanılan Derece
Mevcut API özellikleri (API 5DP, API 7) öncelikle çelik için yazılır.Invision, operatörlerin özel bağlantıları ve test protokolleri geliştirmek için malzeme tedarikçilerle çalışmalarını gerektirir. Endüstri, sıcaklık ve hidrojen yukarısındaki titanyum özellikleri veritabanına sahiptir.
Hidrojen Embrittlement ve Stres-Corrosion Cracking
Titanyum genellikle hidrojen tarafından düklenmiş çatlaklara karşı dirençli olsa da, ısıtılmasında ve koruyucu atmosfer eklerinin yüksek orandaki değişiklikleri modern alaşımlarda <10 μm'ye kadar devre dışı bırakabilir. 1,100 MPa), ductability (12% elongation), ve crevice korozyon direnci.
Geri dönüşüm ve sürdürülebilirlik
Vida delmede kullanım büyüdükçe, bu yüzden yüksek emisyonlu titanyum sünger üretimi için yüksek maliyetlidir, çünkü yüksek erime noktası ve oxidasyon eğilimi. Ancak, Armstrong süreci (liquid magnezyum azaltımı) ve elektro-deoxidasyon teknikleri gibi yeni süreçler, yüksek hacimli sünger sünger sünger süngeri üretmek için ölçeklendirilecektir. Bu, potansiyel olarak ABD Enerji Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı tarafından yapılan bir yaşam döngüsü ile ekonomik değerlendirmeyi artırabilir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Titanyum alaşım geliştirmedeki gelişmeler yavaş yavaş yavaş derin delme teknolojisini yeniden şekillendirmektedir. Geliştirilen yüksek sıcaklık gücü ve korozyon direnci zaten HPHT ve sour kuyuları, ekipman ağırlığını azaltma ve hizmet ömrünü uzatmaya devam ediyor. Ek olarak, HIP ve termomekanik işleme daha yüksek çözünürlükte, çelik kaplamaları ele alıyor ve daha yüksek çözünürlükte olan yüzeylere doğru gidiyor, ancak toz metalik paletler için devam ediyor.