Jak wybierać materiały na narzędzia wiertnicze?

Na wybór materiałów do narzędzi wiertniczych wpływa wiele czynników. Z perspektywy typów narzędzi wiertniczych:

Narzędzia wiertnicze, narzędzia do rejestrowania inarzędzia do prac remontowych:Te narzędzia mają krótką żywotność w otworze, dlatego wymagają dużej wytrzymałości, ale mają niskie wymagania dotyczące odporności na korozję.

Narzędzia do prac wykończeniowych: Muszą pracować w odwiercie przez kilka lat, dlatego należy brać pod uwagę temperaturę panującą w odwiercie oraz odporność na korozję.

Z perspektywy środowisk wiertniczych, klasyfikuje się je zazwyczaj do czterech kategorii:

Standardowe środowisko (wolne od siarkowodoru (H₂S), z zawartością dwutlenku węgla (CO₂) mniejszą niż 1 psi [około 0,0069 MPa]); środowisko korozyjne H₂S; środowisko korozyjne CO₂; łączone środowisko korozyjne H₂S i CO₂.

Wybór materiałów do narzędzi wiertniczych w standardowych środowiskach

Do narzędzi wiertniczych stosowanych w standardowych warunkach zazwyczaj wybiera się stale stopowe, takie jak 4130, 4140 i 4145 (gatunki AISI). Skład chemiczny i wytrzymałość mechaniczna tych materiałów przedstawiono w poniższych tabelach:

1. Porównanie składów chemicznych (ułamek masowy)

2. Porównanie wytrzymałości mechanicznych

Jak widać z tabel:

Zawartość węgla w tych materiałach wzrasta kolejno (4130 < 4140 < 4145), podczas gdy zawartość innych pierwiastków pozostaje na podobnym poziomie.

Właściwości mechaniczne: Wytrzymałość jest dodatnio skorelowana z zawartością węgla — 4145 ma najwyższą wytrzymałość — podczas gdy wytrzymałość maleje odwrotnie, przy czym 4130 ma najwyższą wytrzymałość.

4130, 4140 i 4145 to międzynarodowe gatunki materiałów, a ich krajowe odpowiedniki w Chinach to:

• 4130 (AISI) ≡ Gatunek krajowy 30CrMoA;
• 4140 (AISI) ≡ Gatunek krajowy 42CrMo;
• 4145H (AISI) ≡ Gatunek krajowy 45CrMo.

Gatunki 4130 i 4140 nadają się do konwencjonalnych narzędzi wykończeniowych, ze szczególnym uwzględnieniem opłacalności i spawalności.

Stal 4145H jest często stosowana w narzędziach do pracy na dużych głębokościach, przy wysokim ciśnieniu lub dużych obciążeniach (takich jak narzędzia wiertnicze i narzędzia do remontów), przy czym priorytetem jest wytrzymałość i odporność na zużycie.

Dobór materiałów do narzędzi wykończeniowych w środowiskach korozyjnych

W przypadku narzędzi do pracy w środowiskach korozyjnych dobór zależy głównie od ciśnienia parcjalnego gazów kwaśnych (dzielących się na dwa typy: CO₂ i H₂S).

1. Studnie o wysokiej zawartości CO₂

Aby przeciwdziałać korozji CO₂, należy zwiększyć zawartość chromu (Cr) w materiałach. Poniższe materiały (posortowane według zawartości Cr) mogą zasadniczo pokryć odwierty o ciśnieniu parcjalnym CO₂ w zakresie od 0,5 MPa do 14 MPa.：3Cr (zawartość Cr ≈ 3%), 9Cr1Mo (zawartość Cr ≈ 9%), 13Cr, S13Cr, 17Cr (gatunek S17400), 22Cr (np. stal nierdzewna dupleksowa S32205) i stal 25Cr.

2. Studnie o wysokiej zawartości H₂S

Aby ograniczyć korozję naprężeniową siarczkową (SSC), należy zwiększyć zawartość niklu (Ni) w materiałach. Gdy ciśnienie parcjalne H₂S jest wyższe niż 1 MPa, a ciśnienie parcjalne CO₂ jest również wysokie, należy stosować stopy wysokotemperaturowe, takie jak:

Wybór materiałów na specjalne komponenty

Główne materiały narzędzi wiertniczych (mające kontakt z płynem wiertniczym i obciążeniami łożysk): Dobierane zgodnie z powyższymi normami.

Elementy nożyc: wykonane na ogół z mosiądzu H62 lub prętów ze stali nierdzewnej S36600.

Elementy kotwiące: Wybrane spośród 20CrMoTi lub 20CrMnTi. Aby poprawić twardość powierzchni, wymagane jest nawęglanie powierzchni (o grubości warstwy nawęglonej 0,8-1,2 mm), co zwiększa twardość powierzchni do HRC 58-62.

Inne czynniki wpływające na wybór materiałów i wzorców odniesienia

Oprócz gazów kwaśnych, dobór materiałów na rury osłonowe i narzędzia wiertnicze zależy również od temperatury w otworze, ilości wody, stopnia mineralizacji i wartości pH. Bardziej szczegółowe kryteria doboru można znaleźć w normie branżowej Q/HS 14015: Wytyczne projektowe dotyczące zapobiegania korozji rur i obudów w morskich odwiertach naftowych i gazowych.

Firma Landrill dostarcza również pręty ze stali 41430, 4140 i 4145.

Nie wahaj się zapytać.https://www.landrilloiltools.com/