Nghiên cứu ứng dụng sáng tạo của hợp kim titan trong ống giếng dầu trong điều kiện địa chất cực đoan
As China's conventional oil and gas resources become increasingly depleted, oil extraction is gradually shifting towards extreme geological environments such as ultra deep layers (>4000 meters), high temperatures (>150 ℃), high pressures (>70 MPa), and high sulfur (H ₂ S concentration>5%). Sự phát triển của các mỏ dầu và khí sâu được đại diện bởi Tarim Oilfield đã đưa ra các yêu cầu hiệu suất chưa từng có đối với các vật liệu ống giếng dầu.
Các ống giếng bằng thép carbon và thép không gỉ truyền thống được tiếp xúc với những hạn chế về hiệu suất đáng kể trong điều kiện làm việc cực độ: sự suy giảm sức mạnh đáng kể ở nhiệt độ cao (giảm khoảng 40% sức mạnh ở 400 độ) và không đủ khả năng chống ăn mòn do hydro sunfua (tuổi thọ dịch vụ rút ngắn hơn 50%). Do đó, các vật liệu hợp kim Titan với hiệu suất toàn diện tuyệt vời đã trở thành lựa chọn thay thế hứa hẹn nhất.
Nghiên cứu mới nhất cho thấy UNS R55400 (Ti -6 Al -4 V ru) + Hợp kim Titanium được phát triển ở Hoa Kỳ triển lãm kỹ thuật tuyệt vờiGiá trị ứng dụng:
Mechanical properties: Room temperature tensile strength ≥ 895MPa, 400 ℃ high temperature strength retention rate>85%
Kháng ăn mòn: Tốc độ ăn mòn hàng năm<0.02mm in an environment containing 5% H ₂ S
Điện trở creep: Trong điều kiện 300 độ \/200MPa, tốc độ creep nhỏ hơn 1 × 10 ⁻⁷ s ⁻
Tuy nhiên, hợp kim chứa các yếu tố kim loại quý như 4% Ruthenium, dẫn đến chi phí vật liệu lên tới $ 120\/kg, điều này hạn chế nghiêm trọng ứng dụng quy mô lớn của nó. Các đột phá công nghệ quan trọng hiện tại bao gồm:
Phát triển các hợp kim titan chi phí thấp (như Ti -38644, với mức giảm chi phí là 40%)
Lớp luyện kim bột gần công nghệ hình thành ròng (tỷ lệ sử dụng vật liệu tăng lên 90%)
Công nghệ lớp phủ tổng hợp đa chức năng (khả năng chống ăn mòn tăng 3 lần)
Dự báo của ngành cho thấy thị trường ống dầu hợp kim Titan toàn cầu sẽ duy trì tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm là 18% từ năm 2025 đến 2030. Để đạt được bước đột phá trong công nghiệp hóa, cần phải xây dựng một hệ thống đổi mới chuỗi đầy đủ của "ứng dụng kỹ thuật quy trình sản xuất vật liệu và nghiên cứu vật liệu". Nên ưu tiên các ứng dụng trình diễn trong các mỏ dầu khắc môi trường cực đoan điển hình như Tarim và Tứ Xuyên, và tăng tốc lặp lại công nghệ thông qua xác minh điều kiện làm việc thực tế.
Sự đổi mới vật chất này dự kiến sẽ giải quyết các vấn đề kỹ thuật "nút cổ chai" mà sự phát triển tài nguyên dầu sâu của Trung Quốc phải đối mặt và cung cấp hỗ trợ quan trọng để đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
