Application des matériaux en titane dans le forage et la production pétrolière
Ces dernières années, afin d'améliorer la récupération du pétrole brut, de réduire les coûts de production des champs pétroliers et gaziers et de prolonger la durée de vie des champs pétroliers et gaziers, il existe de plus en plus de puits complexes, tels que des puits à grand déplacement, des puits à rayon court et puits horizontaux avec forage latéral par ouverture des fenêtres dans les puits anciens. Les tiges de forage conventionnelles ont rencontré des problèmes difficiles lorsqu'elles sont utilisées dans ces puits complexes. Par exemple, dans les puits horizontaux à rayon ultra court, la courbure du puits de forage est très petite (<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. Résistance plus élevée et capacité de fonctionnement plus forte
Le laboratoire a confirmé que lorsque la contrainte cyclique est de 30 000 psi-40000psi, la durée de vie en fatigue du titane est 10 fois supérieure à celle de l'acier ordinaire. Le coefficient élastique des tuyaux en alliage de titane est d'environ 16,5 msi, ce qui est plus élastique que les tuyaux de forage en acier et convient mieux aux sections de puits à forte courbure. À l'heure actuelle, des tiges de forage en alliage de titane présentant une bonne efficacité économique ont été produites. Le corps du tuyau en Ti-6Al-4V est refoulé aux deux extrémités et soudé aux joints d'outils aux deux extrémités. La taille du corps du tuyau en titane répond à la norme API et la plage de longueurs est de 2 ou 3 spécifiées dans la norme API. Afin de réduire le coût de fabrication, le joint de l'outil est en acier, le filetage du joint est rodé après la boucle de maquillage et de confection, et le diamètre extérieur du joint est soudé avec une ceinture résistante à l'usure. Les tiges de forage en alliage de titane sont également utilisées dans les puits ultra-profonds et les puits à grand déplacement. En raison de la faible densité de l'alliage de titane, il peut réduire la charge du gros crochet de 30 %, réduire le couple de 30-40 %, améliorer considérablement la marge de tension et le facteur de sécurité de l'outil de forage et améliorer la capacité. pour gérer des accidents complexes.
Dans l'environnement quotidien, la durée de vie des tiges de forage en alliage de titane est 10 fois supérieure à celle des tiges de forage en acier conventionnelles de même spécification ; dans un environnement corrosif, il est 100 fois supérieur à celui d'une tige de forage en acier conventionnelle. Outre les tiges de forage, les piliers des plates-formes pétrolières offshore, les échangeurs de chaleur, les pompes, les vannes, etc. sont largement utilisés dans les champs de production et de raffinage du pétrole. Par exemple, la plate-forme de forage pétrolier de la mer du Nord aux États-Unis utilise 100 échangeurs de chaleur en titane ; le projet Heidrum en Norvège utilise le premier puits de colonne montante haute pression en titane au monde.
2. Plus résistant à la corrosion et durée de vie plus longue
Pour les plateformes de production pétrolière offshore, la corrosion des pièces structurelles provoquée par une contamination biologique est assez sévère. Il rend souvent les équipements métalliques traditionnels « à moitié morts », mais la surface du titane présente un film d'oxyde naturellement formé, dense, inerte, résistant à la rouille et à la corrosion, qui peut facilement résister à la corrosion de l'eau de mer, de l'acide sulfurique, et pétrochimiques sans traitement anti-corrosion supplémentaire. Les pièces en alliage de titane peuvent aider le forage pétrolier à pénétrer dans des eaux et des puits de pétrole plus profonds, y compris à des températures plus élevées et dans des environnements de production présentant une corrosion sévère (c'est-à-dire une teneur élevée en sel).
La plupart des ressources de gaz naturel de la Chine sont des gisements de gaz contenant du soufre, comme le bassin du Tarim au Xinjiang et le bassin du Sichuan, qui sont des gisements de gaz à haute teneur en soufre. La protection contre la corrosion des conduites dans les champs de pétrole et de gaz à haute teneur en H2S2 et C2O2 et le service à long terme dans des conditions de température et de haute pression sont des problèmes difficiles dans le développement du pétrole et du gaz. À l’heure actuelle, le choix de matériaux de haute qualité résistant à la corrosion pour les tuyaux est devenu une tendance dominante. Les alliages de titane sont utilisés dans des environnements à haute teneur en soufre en raison de leur excellente résistance aux piqûres, en particulier dans des conditions de travail difficiles, où la teneur en Cl et H2S est élevée et où l'acier inoxydable en général et même les alliages à base de nickel sont corrodés.
3. Plus léger et plus flexible à utiliser
Bien que les tiges en alliage de titane soient plus puissantes que les tiges en acier, elles sont également plus légères, le poids du même volume étant près de la moitié de celui de l'acier. Par conséquent, le couple de forage peut être réduit de près de 50 %, et la charge correspondante de l'entraînement supérieur sur le sol est plus petite (PS : force plus petite, forage plus profond et plus stable), et l'équipement n'est pas si facile à casser. Par conséquent, les tiges en titane sont solides et plus légères, ce qui permet d'économiser plus d'efforts, de carburant et d'équipement.
À l’avenir, la demande mondiale de oléoducs en alliage de titane dotés d’une résistance plus élevée et d’une plus forte résistance à la corrosion est très urgente. Les principales entreprises nationales de fabrication de tubes en acier et les instituts de recherche mènent activement des travaux de recherche et développement. On s’attend à ce que le titane utilisé dans le domaine du forage et du transport pétrolier devienne un marché d’application important pour les matériaux en titane.
