石油測(cè)井儀器行業(yè)用TC4鈦棒的優(yōu)點(diǎn)及技術(shù)要求

石油鉆采工具選用優(yōu)質(zhì)鈦及鈦合金材料，西工鈦合金具有多年的鈦材加工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鈦及鈦合金有深入的研究。鈦合金測(cè)井儀器材質(zhì)TC4，TC11，TC6等，可加工鈦合金無磁鉆鋌、無磁鉆挺、鈦合金無磁鉆桿，鈦合金鉆桿等。隨著現(xiàn)代石油工業(yè)的發(fā)展，油井鉆井對(duì)鉆井技術(shù)提出了越來越高的要求，特別是一些特殊工藝井的鉆井，一些常規(guī)的鉆井工具、設(shè)備已無法滿足鉆井的要求。國內(nèi)外為滿足特殊工藝井的鉆井要求，開發(fā)了一系列的鉆井工具、設(shè)備，其中鈦合金鉆桿就是近年來發(fā)展起來的一個(gè)新品種。鈦合金鉆桿與常規(guī)的鋼鉆桿相比具有更大的柔性，具有結(jié)構(gòu)應(yīng)力小、耐疲勞、耐腐蝕、質(zhì)量輕的特點(diǎn)，在高曲率井眼的鉆井應(yīng)用中具有良好的適應(yīng)性。詳細(xì)介紹了國外鈦合金鉆桿的研究、設(shè)計(jì)、進(jìn)展以及現(xiàn)場(chǎng)使用情況。

近年來，隨著酸性氣田的勘探開發(fā)及特殊鉆井工藝的應(yīng)用，鉆具失效事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)鉆具的安全性能提出了新要求。對(duì)國內(nèi)外的抗硫鉆桿、鋁合金鉆桿、鈦合金鉆桿等高性能鉆桿的性能和特點(diǎn)進(jìn)行了綜合分析和評(píng)價(jià)，為復(fù)雜環(huán)境和服役工況下的鉆具選用提供參考。針對(duì)這些高性能鉆桿的性價(jià)比，提出了我國自主研發(fā)高性能鉆桿的建議。

為滿足曲率半徑小于183m的老井側(cè)鉆作業(yè)的需要，研制了可靠性好，使用壽命長的鈦合金鉆桿。這種鉆桿的桿體選用Ti一6A1一4V合金制造，接頭用鋼材制造，桿體與接頭采用快速熱配裝方法實(shí)施螺紋連接。桿體表面采用噴丸硬化工藝處理，桿端實(shí)施加厚處理。生產(chǎn)出的長914m的73mm 18節(jié)鈦合金鉆桿與925mmFR 26鉆桿接頭配接，已用于美國科羅多拉州的一口曲率半徑為18m的油井的鉆井作業(yè)為了解決鋼鉆桿在短半徑水平井鉆井時(shí)出現(xiàn)早期疲勞、磨損和物理損傷而降低使用壽命及可靠性問題， 美國Grant Prideco公司與RTI能源系統(tǒng)公司研制成鈦合金鉆桿.這種鉆桿具有很高的強(qiáng)度、撓性和耐用性，而且質(zhì)量輕、耐腐蝕。鉆重入短半徑水平井及短半徑分支側(cè)向井時(shí)，要求鉆桿在通過短半徑彎曲旋轉(zhuǎn)處時(shí)不致因高周期應(yīng)力而早期失效。鈦合金鉆桿能滿足這項(xiàng)要求，它不會(huì)在鉆穿彎曲井段時(shí)產(chǎn)生高扭矩和阻力.鈦合金與鋼相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、耐腐蝕疲勞；

2、比鋼更耐腐蝕和磨蝕；

3、鈦的彈性模數(shù)為117x105MPa， 而鋼則為207x105MPa， 鈦的剛性為鋼的57%；

4、 鈦的屈服強(qiáng)度為827MPa， 其強(qiáng)度質(zhì)量比為鋼為滿足特殊工藝井的鉆井要求，開發(fā)了新型鈦合金鉆桿和鋁合金鉆桿。由于鉆桿在鉆進(jìn)中易出現(xiàn)斷裂和刺穿等失效事故，為確保新型鉆桿在鉆進(jìn)過程中的結(jié)構(gòu)安全性，對(duì)新型鈦合金和鋁合金鉆桿分別進(jìn)行了有限元分析。計(jì)算分析表明：鈦合金鉆桿的工作安全性較高，可用于深井、大位移井、水平井、大斜度井鉆井施工；鋁合金鉆桿結(jié)構(gòu)安全性較低，可通過增加壁厚來提高其結(jié)構(gòu)安全性。更多還原近年來，隨著酸性氣田的勘探開發(fā)及特殊鉆井工藝的應(yīng)用，鉆具失效事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)鉆具的安全性能提出了新要求.對(duì)國內(nèi)外的抗硫鉆桿、鋁合金鉆桿、鈦合金鉆桿等高性能鉆桿的性能和特點(diǎn)進(jìn)行了綜合分析和評(píng)價(jià)，為復(fù)雜環(huán)境和服役工況下的鉆具選用提供參考。針對(duì)這些高性能鉆桿的性價(jià)比，提出了我國自主研發(fā)高性能鉆桿的建議。

在造斜井眼曲率半徑小于183m的老井側(cè)鉆作業(yè)中，需要使用可靠性好服役壽命長的鉆桿.常規(guī)用于短半徑鉆井作業(yè)的鋼、鋁合金和復(fù)合材料鉆桿，通常會(huì)由于疲勞傷害、磨損和物理傷害等而縮短壽害； 

5、 鈦的屈服強(qiáng)度高達(dá)8232MPa，其強(qiáng)度-質(zhì)量比是S一135鋼的154倍?，F(xiàn)場(chǎng)要求鉆桿應(yīng)當(dāng)能夠在1524m曲率半徑或更小曲率半徑的條件下安全進(jìn)行鉆井作業(yè)，并且具有超過50萬次造斜循環(huán)的服役壽命。鈦所具備的低彈性模量使其成為理想的鉆桿材料。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)， 在循環(huán)彎曲應(yīng)力為206270MPa的條件下，鈦的疲勞壽命值比鋼高10倍。雖然鈦的價(jià)格明顯高于鋼，但是長疲勞壽命和優(yōu)良的工作特性，使其比鋼更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

TC4鈦棒在石油測(cè)井儀器上主要用于探頭部位與連接軸，大的主要用在石油管道，一般根據(jù)不同的生產(chǎn)需要基本上常用的規(guī)格分為外徑P97、-P30、的TC4棒材，長度有1米以下、1米以上不同的長度，然后從中間進(jìn)行掏空，一般掏空后的壁厚為2-9毫米不等，根據(jù)客戶具體的要求來定，此材料要求同心度要好!強(qiáng)度要能夠保證，韌性要好，一般強(qiáng)度保證在>970兆帕，報(bào)價(jià)時(shí)直徑小的棒子在直徑上要加10毫米的余量上去，因?yàn)榘糇有〉脑挷缓弥苯幼鎏涂占庸さ?，所以加工時(shí)先要從外圍進(jìn)行機(jī)加，再從內(nèi)進(jìn)行掏空，所以必須加余量上去。然后棒子掏空的費(fèi)用最低要在2500元/米，如果客戶再要求兩頭內(nèi)螺紋的話這個(gè)費(fèi)用基本上不怎么高，棒材的單價(jià)報(bào)高一點(diǎn)可以了!