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用于酸性环境下的新型材料

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为降低硫化氢环境下的完井作业成本,贝克休斯将新型150ksi镍合金材料用于酸性环境。

编辑 | 大安

作业者面临压力更高、温度更高的酸性气体环境中进行钻完井作业,随之而来,业内对高屈服强度材料的需求也逐年上涨。过去几十年,镍合金材料的最高屈服值已从120ksi上升至130ksi,大约在2000年代末,屈服强度达到140ksi,这是一个很大的进步。但是业界都使用哈氏合金或钴合金,这两种材料成本昂贵,而且通常无法制成大尺寸的柱状,贝克休斯经过优化创新,如今与材料供应商合作开发出强度高达150ksi的抗硫镍合金材料。

贝克休斯的专家认为,使用符合NACE MR 0175标准、最小屈服强度达到150ksi的抗硫镍合金材料,作业者将能够进一步优化完井作业。得益于更高的屈服强度,安全阀外径也可变的更小,从而能够使用更细、更经济的套管。同时,还可增加安全阀的内径,从而实现更高的流量与产量。

高强度低合金钢

在墨西哥湾(GOM),用于酸性环境的尾管挂通常使用屈服强度为110ksi或125ksi的低合金钢制造。如今我们能开发出屈服强度为140ksi的材料,将使尾管外径更小。对于很长的裸眼段,这将使尾管周围的水泥,拥有更有效的封固效果。

为了在该项目中研发出C140钢级的尾管挂,贝克休斯与墨西哥湾的作业者合作,在特定的井筒环境中进行了防腐测试。最后发现新型150ksi镍合金材料通过了这个量身定制的防腐测试。另外还发现尾管挂的外径虽然更小,但其额定强度却更高,这使我们在裸眼环空拥有更大的旁流面积来进行固井作业。

弹性材料的评估工具

贝克休斯正在继续实施压缩应力松弛法(CSR),以评估酸气对弹性体材料的长期影响。这种方法已用于航空航天、汽车、医疗等行业,并逐步应用于油气行业。贝克休斯几年前就已率先使用该方法,为备受瞩目的墨西哥湾深水项目开发了新型封隔器。作业者需确保弹性体能使用25至30年,以最大程度地降低水下修井费用。

CSR不是破坏性测试。它测量的是,在高温下受压缩一段时间,密封样品中的残余密封力与压缩模量。它提供了密封性能随时间变化的退化评估,因此我们可以使用寿命预测模型,确定出弹性体在30年内的工作状态。

尽管刚开始,作业者对该方法持怀疑态度,但过去几年,几个深水项目的成功应用逐渐改变了他们的观点。贝克休斯还能够通过有限元分析得出CSR结果,证明CSR测试的准确性。对于酸性环境,这种新型评估技术确实卓有成效。或许该技术将引领酸性环境中的技术服务行业,进入下一个发展阶段。

增材制造

以前,那些用于非酸性环境中的材料,才可使用金属3D打印技术。利用增材制造(AM)技术制成的材料无法用于酸性环境,因为硫化氢会导致材料开裂。

然而,在过去一年中,贝克休斯研发出了抗腐蚀(镍)合金的增材制造技术。如今,利用该技术,我们能够制造3D金属部件,并可以根据客户井的实际情况,评估这些部件能否应用于酸性气体环境中。

利用传统制造方法,单个部件可能需要将三个单独的组件组装在一起。若是使用3D打印技术,则可直接制造出部件。如此一来,省去了两个密封螺纹连接,减少了零件的数量,也减少了工具中密封接头的数量。这避免产生泄漏通道,提高了工具的可靠性。

从前只能将该封隔器用在两种线重的套管中,而现如今,利用增材制造技术造出的垫圈,可将该封隔器用于五种线重的套管。这能够帮助客户实现标准化管理,使他们无需库存多种不同的封隔器,以满足不同线重的套管。

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