咨询热线:0917-6758790 6758791 6758792
bjxnty@163.com gaoxiaodong8888@126.com

钛在陆地油气勘探开发中的应用

石油、天然气勘探与开发可分为陆地开采与近海开采,在地壳中蕴藏的石油与天然气,大致陆地占60%,近海占40%,开采近海如渤海、南海等海底地壳中的油、气也有着重要意义。

在钛合金未工业化与较大规模的应用前,常用的测井仪外壳是用45钢、40Cr钢、30 MoVNb钢制造的,但是它们都满足不了现代技术测井的需要,现代高技术油气勘探和开发要求测井仪金属外壳既能承受>98 MPa的压力,又要耐地下原油和各种介质的腐蚀,而且在测井中,还要对自然γ射线吸收率小,在磁性测井中,还不应对地磁场产生屏蔽效应。从这些性能要求看来,钛合金是制备测井仪外壳的好材料。

钛在陆地油气勘探开发中的应用


上世纪80年代中期中国石油管理局从法国斯仑贝谢公司和美国德莱赛公司引进了6套用Ti﹣6Al﹣4V钛合金外壳的综合测井仪,但是国产测井仪外壳那时还没有用钛合金制备的。Ti﹣6Al﹣4V是一种综合性能好的成熟的性价俱佳的合金,但自此以后,宝鸡有色金属加工厂(现在的宝钛集团有限公司)等对此合金挤压管材的方方面面作了详细的研究。

测井仪外壳为厚壁长圆筒体,所受的力为外压力,能承受的压力越高,则可深入地层更深的部位测井,Ti﹣6Al﹣4V钛合金挤压管和40Cr钢管的耐压试验结果见表1 (杨晓明、熊正中等的数据)。由表中的数据可见,Ti﹣6Al﹣4V合金挤压管在室温112.7 MPa和高温117.6 MPa压力下没有发生失稳破坏,而40 Cr钢管在常温80.4 MPa压力时即失稳破坏。试验证明,40 Cr钢管的临界破坏压力为78.4 MPa~80.4 MPa。测井仪外壳受的外压力≥临界破坏压力时产生的失稳破坏为压扁或折皱,会破坏壳体内的测量系统,因此测井仪外壳临界破坏压力高低对测井仪的安全与正常工作起着十分重要的作用。Ti﹣6Al﹣4V钛合金及40 Cr钢管的力学性能和临界破坏压力见表2、3。



中国从法国引进的综合深井仪钛合金外壳max使用压力为137.2 MPa,允许使用温度150℃~175℃。按以上表3所列数据,只要选择合适直径与壁厚的Ti﹣6Al﹣4V钛合金制造测井仪外壳,完全可以达到斯仑贝谢公司的允许max耐压值。中国早已能全盘挤压性能优秀的各种直经与壁厚的钛合金管材,宝钛集团等生产的管材不但能满足国内的需求,而且还出口到国外。国产Ti﹣6Al﹣4V合金在175℃的耐压值远大于120 MPa,可完全满足国内高技术测井要求;在常用的测井仪壳体尺寸范围内,Ti﹣6Al﹣4V合金的理论max临界破坏压力已达248 MPa,以其制造的测井仪壳体完全能承受>137 MPa的压力。

在石油勘探和开发测井中,探测地层的自然γ射线并对其进行能谱分析是获得地层含油数据主要手段之一,测并仪金属外壳对自然γ射线吸收率越小,则探测灵敏度越高,获得的分析数据也越可靠。Ti﹣6Al﹣4V合金和40 Cr钢管对Co60和Cs137 γ射线的试验见表4。


测井仪的工作条件非常严酷,要求外壳材料具有很高的抗腐蚀性能,研究表明,Ti﹣6Al﹣4V合金在原油介质中与在含硫化物、氯化物介质中都有很强的抗蚀性,腐蚀速率<0.017 mm/a,因此,用Ti﹣6Al﹣4V合金制造的测井仪外壳,可以在相当长的时间内避免因腐蚀使壳体减薄而造成临界破坏压力下降进而产生的失稳破坏。

在石油勘探和开发测井中,还要测量一些磁物理量,测井仪外壳磁化率也会对测井产生影响,磁化率过大,则会使壳体产生屏蔽效应,影响磁性测量仪的正常工作,所以要求金属外壳的磁化率越小越好。因此,钛合金是制造磁性测井仪外壳的最佳材料,Ti﹣6Al﹣4V合金的磁化率X=3.2×10﹣6 cm3/g,是一种非铁磁材料,同时钛合金还有良好的加工成形性能。