انقلاب سوپاپ پروانه ای با خوردگی زیاد و شرایط سایش قوی - رمزگشایی دریچه های پروانه DM در سناریوهای استخراج روغن

در سکوهای حفاری در اعماق دریا یا سایتهای استخراج گاز شیل ، عدم موفقیت شیر پروانه DM با قطر تنها 30 سانتی متر ممکن است منجر به میلیون ها دلار ضرر تولید و خطرات ایمنی جدی شود. شرایط شدید کار صنعت استخراج روغن - درجه حرارت بالا و فشار زیاد ، محیط خورنده حاوی سولفید هیدروژن ، و سایش شن و ماسه - نیازهای تقریباً خواستار عملکرد مواد دریچه را مطرح می کند. دستیابی به موفقیت علوم مواد در این زمینه ، جهش انقلابی فناوری دریچه پروانه را از "پاسخگویی به نیازهای اساسی" به "قابلیت اطمینان چرخه زندگی کامل" سوق می دهد.
1. "قاتل مادی" استخراج روغن: تمیز کردن چهار گوش که توسط دریچه های پروانه ای روبرو است
در محیط سخت استخراج نفت و گاز ، مواد شیر پروانه باید همزمان در برابر چهار نیروی مخرب مقاومت کنند:
خوردگی شیمیایی: غلظت بالای H₂S (سولفید هیدروژن) و CO₂ باعث ترک خوردگی استرس می شود و میزان گودبرداری فولاد ضد زنگ 316L معمولی در محیط حاوی CL⁻ می تواند به 0.5 میلی متر در سال برسد
فرسایش ساینده: جریان رسانه با محتوای شن و ماسه بیش از 5 ٪ اثر میکرو برش ایجاد می کند و میزان سایش سطح فولاد کربن سنتی از 0.3 میلی متر در هزار ساعت فراتر می رود
خزش درجه حرارت بالا: دمای کار چاههای عمیق به 200-350 می رسد ، و قدرت عملکرد مواد فلزی 30 ٪ -50 ٪ کاهش می یابد
استرس متناوب: آسیب خستگی ناشی از بازشده و بسته شدن عملیات مکرر روند خرابی مواد را تسریع می کند
داده های انجمن ملی مهندسان خوردگی (NACE) نشان می دهد که در زمینه های نفت و گاز ترش ، میزان خرابی دریچه ها با انتخاب نادرست مواد 7.2 برابر شرایط کار عادی است ، به این معنی که انتخاب مواد به طور مستقیم هزینه چرخه زندگی تجهیزات را تعیین می کند.
2. هرم مواد: ساخت سیستم محافظت نهایی دریچه پروانه DM
1. به روزرسانی انقلابی مواد بدنه دریچه
فولاد فوق العاده Duplex UNS S32750: مقدار pren (معادل مقاومت در برابر گودال) ≥42 ، که 3 برابر 304 فولاد ضد زنگ است و هنوز هم ثبات فیلم انفعال را در یک محیط حاوی 100000 ppm حفظ می کند. محتوای فاز σ آن زیر 0.5 ٪ کنترل می شود ، که کاملاً خطر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن در محیط H₂S را حل می کند.
Hastelloy C-276: برای شرایط کار شدید با محتوای گوگرد> 5 ٪ ، محتوای MO آن به 15-17 ٪ می رسد و میزان خوردگی در محیط اسیدی در 150 ℃ و pH = 2 <0.025mm/a است و به راه حل نهایی برای معدن عمیق چاه تبدیل می شود.
مواد کامپوزیت ماتریس سرامیکی: ذرات سرامیکی Al₂o₃-Tic (سختی> 2000HV) از طریق فرآیند باسن (فشار ایزوستاتیک داغ) به ماتریس آلیاژ کاشته می شوند و مقاومت سایش 300 ٪ بهبود می یابد ، که برای چاه های روغن با ماسه و محتوای Gravel> 8 ٪ مناسب است.
2. نوآوری مولکولی سیستم آب بندی
تقویت شده فیبر کربن PTFE اصلاح شده: حفظ پایداری آب بندی در محدوده 260 ℃ -50 ℃ ، ضریب اصطکاک به 0.05 کاهش می یابد ، عمر سرویس از 100000 چرخه باز و بسته شدن فراتر می رود
فناوری پوشش مهر و موم فلزی: پوشش WC-10CO-4CR توسط اسپری شعله مافوق صوت (HVOF) ، با تخلخل <0.8 ٪ ، ریزگردها تا 1300HV و سطح نشت صفر (استاندارد API 598) تهیه شده است.
iii تعادل نهایی اقتصاد مادی: مدل هزینه چرخه زندگی
در عمل یک میدان نفتی عمیق در دریای شمال ، شیر پروانه DM با پوشش HVOF بدنه دریچه UNS S32750 ، اگرچه هزینه تهیه اولیه 2.3 برابر از مواد معمولی است ، اما چرخه نگهداری آن از 3 ماه به 5 سال تمدید می شود و هزینه جامع 61 ٪ کاهش می یابد. این نتیجه گیری از انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME) را تأیید می کند: در شرایط کار شدید ، هر 1 دلار سرمایه گذاری اضافی به روزرسانی می تواند از 7.5 دلار از دست دادن توقف تولید جلوگیری کند.
IV نقشه راه مادی آینده: از آزمایشگاه گرفته تا میدان نفت و گاز
مواد مرزی در حال بازنویسی قوانین صنعت هستند:
آلیاژ مبتنی بر نیکل با گرافن: مقاومت کششی بیش از 1500MPa است ، مقاومت در برابر خوردگی H₂S 400 ٪ افزایش یافته است
چاپ 4D مواد هوشمند: می تواند مناطق غلظت استرس را حس کند و ساختارهای کریستالی را به صورت خودمختار تقویت کند
سطح نامتقارن بیونیک: طراحی کانال جریان که از ریزساختار پوست کوسه تقلید می کند و سایش فرسایش را 90 ٪ کاهش می دهد