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鈦在陸地油氣勘探開發中的應用

[ 信息發布:本站 | 發布時間:2021-11-09 | 瀏覽:21546 ]

石油、天然氣勘探與開發可分為陸地開采與近海開采,在地殼中蘊藏的石油與天然氣,大致陸地占60%,近海占40%,開采近海如渤海、南海等海底地殼中的油、氣也有著重要意義。

在鈦合金未工業化與較大規模的應用前,常用的測井儀外殼是用45鋼、40Cr鋼、30 MoVNb鋼制造的,但是它們都滿足不了現代技術測井的需要,現代高技術油氣勘探和開發要求測井儀金屬外殼既能承受>98 MPa的壓力,又要耐地下原油和各種介質的腐蝕,而且在測井中,還要對自然γ射線吸收率小,在磁性測井中,還不應對地磁場產生屏蔽效應。從這些性能要求看來,鈦合金是制備測井儀外殼的好材料。

鈦在陸地油氣勘探開發中的應用


上世紀80年代中期中國石油管理局從法國斯侖貝謝公司和美國德萊賽公司引進了6套用Ti﹣6Al﹣4V鈦合金外殼的綜合測井儀,但是國產測井儀外殼那時還沒有用鈦合金制備的。Ti﹣6Al﹣4V是一種綜合性能好的成熟的性價俱佳的合金,但自此以后,寶雞有色金屬加工廠(現在的寶鈦集團有限公司)等對此合金擠壓管材的方方面面作了詳細的研究。

測井儀外殼為厚壁長圓筒體,所受的力為外壓力,能承受的壓力越高,則可深入地層更深的部位測井,Ti﹣6Al﹣4V鈦合金擠壓管和40Cr鋼管的耐壓試驗結果見表1 (楊曉明、熊正中等的數據)。由表中的數據可見,Ti﹣6Al﹣4V合金擠壓管在室溫112.7 MPa和高溫117.6 MPa壓力下沒有發生失穩破壞,而40 Cr鋼管在常溫80.4 MPa壓力時即失穩破壞。試驗證明,40 Cr鋼管的臨界破壞壓力為78.4 MPa~80.4 MPa。測井儀外殼受的外壓力≥臨界破壞壓力時產生的失穩破壞為壓扁或折皺,會破壞殼體內的測量系統,因此測井儀外殼臨界破壞壓力高低對測井儀的安全與正常工作起著十分重要的作用。Ti﹣6Al﹣4V鈦合金及40 Cr鋼管的力學性能和臨界破壞壓力見表2、3。



中國從法國引進的綜合深井儀鈦合金外殼max使用壓力為137.2 MPa,允許使用溫度150℃~175℃。按以上表3所列數據,只要選擇合適直徑與壁厚的Ti﹣6Al﹣4V鈦合金制造測井儀外殼,完全可以達到斯侖貝謝公司的允許max耐壓值。中國早已能全盤擠壓性能優秀的各種直經與壁厚的鈦合金管材,寶鈦集團等生產的管材不但能滿足國內的需求,而且還出口到國外。國產Ti﹣6Al﹣4V合金在175℃的耐壓值遠大于120 MPa,可完全滿足國內高技術測井要求;在常用的測井儀殼體尺寸范圍內,Ti﹣6Al﹣4V合金的理論max臨界破壞壓力已達248 MPa,以其制造的測井儀殼體完全能承受>137 MPa的壓力。

在石油勘探和開發測井中,探測地層的自然γ射線并對其進行能譜分析是獲得地層含油數據主要手段之一,測并儀金屬外殼對自然γ射線吸收率越小,則探測靈敏度越高,獲得的分析數據也越可靠。Ti﹣6Al﹣4V合金和40 Cr鋼管對Co60和Cs137 γ射線的試驗見表4。


測井儀的工作條件非常嚴酷,要求外殼材料具有很高的抗腐蝕性能,研究表明,Ti﹣6Al﹣4V合金在原油介質中與在含硫化物、氯化物介質中都有很強的抗蝕性,腐蝕速率<0.017 mm/a,因此,用Ti﹣6Al﹣4V合金制造的測井儀外殼,可以在相當長的時間內避免因腐蝕使殼體減薄而造成臨界破壞壓力下降進而產生的失穩破壞。

在石油勘探和開發測井中,還要測量一些磁物理量,測井儀外殼磁化率也會對測井產生影響,磁化率過大,則會使殼體產生屏蔽效應,影響磁性測量儀的正常工作,所以要求金屬外殼的磁化率越小越好。因此,鈦合金是制造磁性測井儀外殼的最佳材料,Ti﹣6Al﹣4V合金的磁化率X=3.2×10﹣6 cm3/g,是一種非鐵磁材料,同時鈦合金還有良好的加工成形性能。


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