석유 시추 및 생산에 티타늄 소재 적용

최근에는 원유 회수율을 향상시키고, 유전 및 가스전 생산 비용을 절감하며, 유전 및 가스전의 개발 수명을 연장하기 위해 대변위형 유정, 단반경 유정, 유정 등 복잡한 유정이 점점 더 많아지고 있으며, 오래된 우물의 창문을 열어 측면 시추를 하는 수평 우물. 기존의 드릴 파이프는 이러한 복잡한 유정에 사용될 때 몇 가지 어려운 문제에 직면했습니다. 예를 들어, 초단거리 반경 수평 유정에서는 유정 곡률이 매우 작습니다(<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. 더 높은 강도와 ​​더 강한 작동 능력

실험실에서는 반복 응력이 30000psi-40000psi일 때 티타늄의 피로 수명이 일반 강철의 10배임을 확인했습니다. 티타늄 합금 파이프의 탄성 계수는 ​​약 16.5msi로 강철 드릴 파이프보다 탄력성이 높으며 곡률이 높은 우물 섹션에 더 적합합니다. 현재 경제성이 좋은 티타늄 합금 드릴 파이프가 생산되었습니다. Ti{5}}Al-4V로 제작된 파이프 본체는 양쪽 끝이 뒤집어져 양쪽 끝의 공구 조인트에 용접됩니다. 티타늄 파이프 본체의 크기는 API 표준을 충족하며 길이 범위는 API 표준에 지정된 2 또는 3입니다. 제조원가 절감을 위해 공구 조인트는 강철로 제작하고, 메이크업 및 메이크아웃 버클 후 조인트 스레드를 런인하고, 조인트 외경을 내마모 벨트로 용접한다. 티타늄 합금 드릴 파이프는 매우 깊은 우물과 대변위가 큰 우물에도 사용됩니다. 티타늄 합금의 밀도가 낮기 때문에 빅 후크의 하중을 30% 줄이고 토크를 30-40% 줄이며 드릴링 공구의 인장 마진과 안전율을 크게 향상시키고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 복잡한 사고를 처리하기 위해

일상 환경에서 티타늄 합금 드릴 파이프의 수명은 동일한 사양의 기존 강철 드릴 파이프 수명의 10배입니다. 부식성 환경에서는 기존 강철 드릴 파이프의 100배입니다. 드릴 파이프 외에도 해양 석유 플랫폼 기둥, 열교환기, 펌프, 밸브 등이 석유 생산 및 정제 분야에서 널리 사용됩니다. 예를 들어, 미국의 북해 유전 시추 플랫폼은 100개의 티타늄 열교환기를 사용합니다. 노르웨이의 Heidrum 프로젝트는 세계 최초의 티타늄 고압 라이저 샤프트를 사용합니다.

2. 부식 방지 및 수명 연장

해양 석유 생산 플랫폼의 경우 생물학적 오염으로 인한 구조 부품의 부식이 매우 심각합니다. 전통적인 금속으로 만든 장비를 "반쯤 죽은" 상태로 만드는 경우가 많지만 티타늄 표면에는 자연적으로 형성되고 밀도가 높으며 불활성이며 녹 방지 및 내식성 산화막이 있어 바닷물, 황산, 황산 등의 부식에 쉽게 저항할 수 있습니다. 추가적인 부식방지 처리 없이 석유화학 제품을 생산합니다. 티타늄 합금 부품은 석유 시추 작업이 더 높은 온도와 심각한 부식(즉, 높은 염분)이 있는 생산 환경을 포함하여 더 깊은 물과 더 깊은 유정에 들어가는 데 도움이 될 수 있습니다.

중국 천연가스 자원의 대부분은 고유황 가스전인 신장 타림 분지, 쓰촨 분지 등 유황 함유 가스전이다. H2S2 및 C2O2 함량이 높은 석유 및 가스전 파이프의 부식 방지와 고온 및 고압 조건에서 장기간 사용하는 것은 석유 및 가스 개발에서 어려운 문제입니다. 현재 고품질 내식성 재료를 파이프로 선택하는 것이 지배적인 추세가 되었습니다. 티타늄 합금은 우수한 내공식성으로 인해 고황 환경, 특히 Cl 및 H2S 함량이 높고 일반 스테인레스강 및 심지어 니켈 기반 합금도 부식되는 가혹한 작업 조건에서 사용됩니다.

3. 더 가볍고 더 유연하게 작동 가능

티타늄 합금 막대는 강철 막대보다 강력하지만 더 가볍습니다. 같은 부피의 무게는 강철의 거의 절반에 불과합니다. 따라서 드릴링 토크를 거의 50%까지 줄일 수 있으며 지면에 있는 상단 드라이브의 해당 하중은 더 작으며(PS: 더 작은 힘, 더 깊고 더 안정적인 드릴링) 장비가 파손되기 쉽지 않습니다. 따라서 티타늄 막대는 강하고 가벼워서 더 많은 노력, 연료 및 장비를 절약할 수 있습니다.

앞으로는 더 높은 강도와 ​​더 강한 내식성을 갖춘 티타늄 합금 오일 파이프에 대한 전 세계적인 수요가 매우 시급합니다. 국내 주요 강관 제조회사와 연구기관들이 연구개발 활동을 활발히 진행하고 있습니다. 석유 시추 및 운송 분야에 사용되는 티타늄은 티타늄 소재의 대규모 응용 시장이 될 것으로 예상됩니다.