Hur man väljer material för borrhålsverktyg?

Materialval för borrhålsverktyg påverkas av flera faktorer. Ur perspektivet av borrhålsverktygstyper:

Borrverktyg, loggningsverktyg ochverktyg för översynDessa verktyg har kort livslängd nere i borrhålet, så de kräver hög hållfasthet men låga krav på korrosionsbeständighet.

Kompletteringsverktyg: De behöver arbeta nere i borrhålet i flera år, så borrhålstemperatur och korrosionsbeständighet måste beaktas.

Ur ett borrhålsperspektiv klassificeras de vanligtvis i fyra kategorier:

Standardmiljö (fri från vätesulfid (H₂S), med koldioxidhalt (CO₂) mindre än 1 psi [cirka 0,0069 MPa]); H₂S-korrosionsmiljö; CO₂-korrosionsmiljö; Kombinerad korrosionsmiljö av H₂S och CO₂.

Materialval för borrhålsverktyg i standardmiljöer

För borrhålsverktyg som används i standardmiljöer väljs vanligtvis legeringsstål som 4130, 4140 och 4145 (AISI-kvaliteter). De kemiska sammansättningarna och mekaniska hållfastheterna hos dessa material visas i följande tabeller:

1. Jämförelse av kemiska sammansättningar (massfraktion)

2. Jämförelse av mekaniska styrkor

Som framgår av tabellerna:

Kolhalten i dessa material ökar i följd (4130 < 4140 < 4145), medan halten i andra element är likartade.

Mekaniska egenskaper: Hållfastheten är positivt korrelerad med kolhalten – 4145 har den högsta hållfastheten – medan segheten minskar omvänt, där 4130 har den högsta segheten.

4130, 4140 och 4145 är internationella materialkvaliteter, och deras inhemska motsvarigheter i Kina är följande:

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

4130 och 4140 är lämpliga för konventionella kompletteringsverktyg, med betoning på kostnadseffektivitet och svetsbarhet.

4145H används ofta i djupbrunns-, högtrycks- eller högbelastade verktyg (såsom borrverktyg och renoveringsverktyg), med prioritet åt styrka och slitstyrka.

Materialval för kompletteringsverktyg i korrosiva miljöer

För kompletteringsverktyg i korrosiva miljöer beror valet huvudsakligen på partialtrycket hos sura gaser (uppdelat i två typer: CO₂ och H₂S).

1. Brunnar med hög CO₂-halt

För att motstå CO₂-korrosion måste kromhalten (Cr) i materialen ökas. Följande material (sorterade efter Cr-halt) kan i princip täcka brunnar med CO₂-partialtryck från 0,5 MPa till 14 MPa.：3Cr (Cr-halt ≈ 3 %), 9Cr1Mo (Cr-halt ≈ 9 %), 13Cr, S13Cr, 17Cr (kvalitet S17400), 22Cr (t.ex. duplex rostfritt stål S32205) och 25Cr stål.

2. Brunnar med högt H₂S-innehåll

För att minska korrosion orsakad av sulfidspänningssprickbildning (SSC) måste nickelhalten (Ni) i materialen ökas. När H₂S-partialtrycket är högre än 1 MPa och CO₂-partialtrycket också är högt, bör högtemperaturlegeringar som följande användas:

Materialval för specialkomponenter

Huvudmaterial för borrhålsverktyg (i kontakt med brunnsvätska och lagerbelastningar): Valda i enlighet med ovanstående standarder.

Skjuvkomponenter: Generellt tillverkade av H62-mässing eller S36600 rostfria stålstänger.

Förankringskomponenter: Valda från 20CrMoTi eller 20CrMnTi. För att förbättra ythårdheten krävs ytkarburisering (med en karburerad lagertjocklek på 0,8-1,2 mm), vilket ökar ythårdheten till HRC 58-62.

Andra faktorer som påverkar materialval och referensstandarder

Förutom sura gaser är materialvalet för oljehöljen och borrhålsverktyg även relaterat till borrhålstemperatur, vattenintag, mineraliseringsgrad och pH-värde. För mer specifika urvalskriterier, se branschstandarden Q/HS 14015 Design Guidelines for Corrosion Prevention of Tubing and Casing in Offshore Oil and Gas Wells.

Landrill levererar även stålstänger i 41430,4140 och 4145.

Fråga gärna.https://www.landrilloiltools.com/