Как выбрать материалы для скважинного инструмента?

Выбор материала для внутрискважинного инструмента зависит от множества факторов. С точки зрения типов внутрискважинного инструмента:

Буровые инструментыинструменты ведения журналов иинструменты для капитального ремонтаЭти инструменты имеют короткий срок службы в скважине, поэтому они должны обладать высокой прочностью, но при этом иметь низкие требования к коррозионной стойкости.

Инструменты для заканчивания скважин: им предстоит работать в скважине в течение нескольких лет, поэтому необходимо учитывать температуру в скважине и коррозионную стойкость.

С точки зрения условий внутри скважины, их обычно классифицируют на четыре категории:

Стандартная среда (без сероводорода (H₂S), с содержанием диоксида углерода (CO₂) менее 1 psi [приблизительно 0,0069 МПа]); коррозионная среда H₂S; коррозионная среда CO₂; комбинированная коррозионная среда H₂S и CO₂.

Выбор материалов для скважинного инструмента в стандартных условиях

Для скважинного оборудования, используемого в стандартных условиях, обычно выбираются легированные стали, такие как 4130, 4140 и 4145 (марки AISI). Химический состав и механические характеристики этих материалов приведены в следующих таблицах:

1. Сравнение химического состава (массовая доля)

2. Сравнение механических характеристик прочности

Как видно из таблиц:

Содержание углерода в этих материалах увеличивается последовательно (4130 < 4140 < 4145), в то время как содержание других элементов остается примерно одинаковым.

Механические свойства: Прочность положительно коррелирует с содержанием углерода — сталь марки 4145 обладает самой высокой прочностью, — в то время как ударная вязкость уменьшается обратно пропорционально, при этом сталь марки 4130 обладает самой высокой ударной вязкостью.

4130, 4140 и 4145 — это международные марки материалов, а их аналоги в Китае следующие:

• 4130 (AISI) ≡ Отечественный сорт 30CrMoA;
• 4140 (AISI) ≡ Отечественная марка 42CrMo;
• 4145H (AISI) ≡ Отечественная марка 45CrMo.

Сталь марок 4130 и 4140 подходит для использования с традиционными инструментами для завершения скважин, при этом особое внимание уделяется экономичности и свариваемости.

Сталь 4145H часто используется в инструментах для глубоких скважин, работы при высоком давлении или высоких нагрузках (таких как буровой инструмент и инструмент для капитального ремонта скважин), при этом приоритет отдается прочности и износостойкости.

Выбор материалов для инструментов, используемых при завершении бурения в коррозионных средах.

При выборе инструментов для заканчивания скважин в агрессивных средах основное внимание уделяется парциальному давлению кислых газов (разделенных на два типа: CO₂ и H₂S).

1. Скважины с высоким содержанием CO₂

Для противодействия коррозии, вызванной CO₂, необходимо увеличить содержание хрома (Cr) в материалах. Следующие материалы (отсортированные по содержанию Cr) в основном подходят для покрытия скважин с парциальным давлением CO₂ в диапазоне от 0,5 МПа до 14 МПа.：3Cr (содержание Cr ≈ 3%), 9Cr1Mo (содержание Cr ≈ 9%), 13Cr, S13Cr, 17Cr (марка S17400), 22Cr (например, дуплексная нержавеющая сталь S32205) и сталь 25Cr.

2. Скважины с высоким содержанием H₂S

Для снижения коррозии, вызванной сульфидным растрескиванием под напряжением (SSC), необходимо увеличить содержание никеля (Ni) в материалах. Когда парциальное давление H₂S превышает 1 МПа, а парциальное давление CO₂ также высокое, следует использовать высокотемпературные сплавы, такие как следующие:

Выбор материалов для специальных компонентов

Основные материалы скважинного оборудования (контактирующие с буровым раствором и несущими нагрузками): отбираются в соответствии с вышеуказанными стандартами.

Компоненты, предназначенные для резки: как правило, изготавливаются из латуни H62 или нержавеющей стали S36600.

Крепежные элементы: Изготавливаются из сплавов 20CrMoTi или 20CrMnTi. Для повышения твердости поверхности требуется цементация (толщиной цементированного слоя 0,8-1,2 мм), что увеличивает твердость поверхности до HRC 58-62.

Другие факторы, влияющие на выбор материалов и эталонных стандартов.

Помимо кислых газов, выбор материала для обсадных труб и инструментов для скважин также зависит от температуры в скважине, обводненности, степени минерализации и значения pH. Для получения более конкретных критериев выбора обратитесь к отраслевому стандарту Q/HS 14015 «Руководство по проектированию для предотвращения коррозии труб и обсадных труб в морских нефтегазовых скважинах».

Компания Landrill также поставляет стальные прутки марок 41430, 4140 и 4145.

Не стесняйтесь задавать вопросы.https://www.landrilloiltools.com/