کاربرد مواد آلیاژ تیتانیوم در صنعت نفت

تیتانیوم یک فلز ساختاری مهم است که در دهه 1950 توسعه یافت. تیتانیوم می تواند آلیاژهایی را با سایر عناصر فلزی تشکیل دهد تا خواص مکانیکی و خواص فیزیکی خود را برای رفع نیازهای مختلف افزایش داده و بهبود بخشد. تیتانیوم و آلیاژهای آن دارای استحکام بالا، مدول الاستیک کم، مقاومت در برابر خوردگی عالی، زیست سازگاری خوب و ویژگی های دیگر هستند. آنها به طور گسترده در اتصال دهنده های هوافضا، صنعت نفت، قطعات مهندسی، ضربان سازهای پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شوند.

مواد آلیاژ تیتانیوم مورد استفاده در لوله‌های چاه نفت خارج از کشور عمدتاً شامل UNS R56404 (Ti-6Al-4V-0.08Ru)، UNS R55400 (Ti-5.5Al{{{{ 8}}.3Zr-5.7V-1.3Mo-0.10O-0.06Pd), UNSR58640 (Ti{19}}Al-8V -6Cr-4Zr-4Mo)، UNS R56260 (Ti-6Al-2}Sn-4}Zr-6Mo)، با پیشرفت تکنولوژی، آلیاژ تیتانیوم TC4 (Ti{30}}Al-4V) با مقاومت در برابر خوردگی خوب و استحکام ویژه بالا به تدریج در لوله های چاه نفت کشور من استفاده می شود.

اکثر لوله های سنتی چاه نفت کشور من از فولاد کربنی مانند G105، L80، N80، P110 و غیره ساخته شده اند. با این حال، محیط توسعه نفت و گاز در کشور من نسبتاً خشن است. لوله‌های چاه نفت نه تنها با چالش‌های دمای بالا و فشار بالا هنگام کار در زیرزمین مواجه هستند، بلکه باید در برابر اثرات ترکیبی محیط‌های خورنده مانند H2S، CO2، آب نمک/سیال تکمیل‌کننده با غلظت بالا، گوگرد عنصری و اسید قوی مقاومت کنند. لوله های سنتی چاه نفت از فولاد کربن دیگر نمی توانند با محیط خشن خدمات پاسخ دهند.

لوله ها و محفظه های روغن آلیاژ تیتانیوم تحت فشارهای خارجی زیادی در زیر زمین قرار می گیرند. لیو و همکاران یک مدل جدید پیش‌بینی مقاومت پوشش روغن آلیاژ تیتانیوم را بر اساس مدل معیار مقاومت و فشار ایجاد کرد و مقاومت فشاری لوله‌های آلیاژ تیتانیوم و لوله‌های فولادی را با پارامترهای کلیدی مختلف محاسبه و مقایسه کرد. نتایج آزمایش نشان می دهد که مقاومت فشاری لوله های آلیاژ تیتانیوم کمتر از لوله های فولادی با مشخصات مشابه است. بنابراین، مقاومت فشاری لوله‌ها و پوشش‌های روغن آلیاژ تیتانیوم برای ایمنی رشته لوله در زیر زمین بسیار مهم است.

دانشمندان خارجی شوتز و همکاران. لوله‌های تیتانیوم UNS R56404 را در معرض جیوه مایع قرار داد و آزمایش‌های تنش بالا، کشش مداوم و بارگذاری چرخه‌ای را تحت شرایط تولید نفت و گاز مربوطه انجام داد. آنها دریافتند که در جیوه مایع در دمای 232 درجه، لوله های تیتانیوم می توانند کاملاً در برابر شکنندگی فلز مایع و سایر اشکال تخریب محیطی مقاومت کنند.

آنها همچنین استفاده اسیدی از آلیاژ تیتانیوم UNS R55400 را تحت استاندارد ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 مورد مطالعه قرار دادند. UNS R55400 متعلق به آلیاژ تیتانیوم نوع + است که نوع جدیدی از آلیاژ تیتانیوم با استحکام بالا است که مخصوص خدمات تولید نفت و گاز در دمای بالا و فشار بالا است. آنها دریافتند که آلیاژ تیتانیوم UNS R55400 می تواند در محیط های اسیدی آب نمک با حداکثر 198 گرم در لیتر کلرید (اشباع) استفاده شود و می تواند در شرایط اسیدی با حداکثر سختی 41 HRC، حداکثر دمای 288 درجه، با یا بدون گوگرد عنصری و حداقل 3.45 مگاپاسکال فشار جزئی H2S و 6.9 مگاپاسکال فشار جزئی CO2 را تحمل می کند.

بنابراین، مقاومت در برابر خوردگی لوله چاه نفت آلیاژ تیتانیوم بهتر از لوله چاه نفت فولاد کربن سنتی است. ثانیا، می توان آن را از طریق عملیات پیری تقویت کرد تا خواص مکانیکی خود را افزایش دهد و دارای ویژگی های عالی مقاومت در برابر شکنندگی فلز مایع، مقاومت در برابر گوگرد و اسید است. با این حال، در یک محیط خدماتی با بار فشار خارجی زیاد، مقاومت فشاری لوله چاه نفت آلیاژ تیتانیوم به مراتب کمتر از لوله چاه نفت فولاد کربنی است. تحقیقات کمی در کشور من در مورد چگونگی بهبود مقاومت فشاری و خمشی آلیاژهای تیتانیوم وجود دارد. بنابراین، مطالعه چگونگی حفظ یا حتی بهبود استحکام مواد آلیاژ تیتانیوم در شرایط تنش بالا از اهمیت زیادی برخوردار است.

لطفاً برای محصولات سفارشی تیتانیوم بیشتر برای ما پیام بگذارید. برای دریافت آخرین قیمت ها و پیشنهادات ویژه با ما تماس بگیرید.