Revoluția materialului valvei de fluture sub coroziune ridicată și condiții puternice de uzură - decodarea supapelor de fluturi DM în scenarii de extracție a uleiului

Pe platformele de foraj cu mare adâncime sau pe site-urile de extracție a gazelor de șist, eșecul unui Valva de fluture DM Cu un diametru de doar 30 cm poate duce la milioane de dolari în pierderi de producție și riscuri grave de siguranță. Condițiile extreme de muncă ale industriei de extracție a uleiului - temperaturi ridicate și presiune ridicată, medii corozive care conțin sulfură de hidrogen și abraziune de nisip și pietriș - au prezentat cerințe aproape solicitante privind performanța materialelor de supapă. Descoperirea științei materialelor în acest domeniu determină saltul revoluționar al tehnologiei Valve Fluture, de la „satisfacerea nevoilor de bază” la „fiabilitatea ciclului de viață complet”.
1. „Material ucigaș” de extracție a uleiului: Purgatorul quadruplu cu care se confruntă cu valvele de fluturi
În mediul dur al extracției de petrol și gaze, materialele cu valve de fluture trebuie să reziste simultan patru forțe distructive:
Coroziunea chimică: concentrații mari de H₂s (sulfură de hidrogen) și CO₂ induc fisurarea coroziunii de stres, iar rata de pitting a oțelului inoxidabil obișnuit 316L în medii care conțin CL poate atinge 0,5 mm/an
Eroziunea abrazivă: fluxul de medii cu un conținut de nisip de peste 5% produce un efect de micro-tăiere, iar rata de uzură a suprafeței din oțel carbon depășește 0,3 mm/mii de ore
Creep de temperatură ridicată: temperatura de funcționare a puțurilor adânci atinge 200-350 ℃, iar rezistența la randament a materialelor metalice scade cu 30%-50%
Stresuri alternative: Deteriorarea oboselii cauzată de operațiunile frecvente de deschidere și închidere accelerează procesul de defecțiune a materialului
Datele de la Asociația Națională a Inginerilor de Corroziune (NACE) arată că în câmpurile de petrol și gaze acre, rata de eșec a supapelor cu selecție necorespunzătoare a materialelor este de 7,2 ori mai mare decât a condițiilor normale de muncă, ceea ce înseamnă că selecția materialelor determină direct costul ciclului de viață al echipamentului.
2. Piramida materială: construirea sistemului de protecție finală a supapei de fluturi DM
1.. Actualizare revoluționară a materialului corpului de supapă
Super Duplex Oțel UNS S32750: Valoarea pren (echivalent de rezistență la pitting) ≥42, care este de 3 ori mai mare decât din oțel inoxidabil 304 și menține în continuare stabilitatea filmului de pasivare într -un mediu care conține CL⁻ 100.000 ppm. Conținutul său de fază σ este controlat sub 0,5%, ceea ce rezolvă perfect riscul de fisurare indusă de hidrogen în mediul H₂S.
HASTELLOY C-276: Pentru condiții de muncă extreme cu conținut de sulf> 5%, conținutul său de MO atinge 15-17%, iar rata de coroziune este <0,025mm/A în mediu acid la 150 ℃ și pH = 2, devenind soluția finală pentru exploatarea profundă a puțurilor.
Material compozit cu matrice metalică ceramică: particule ceramice al₂o₃-tic (duritate> 2000HV) sunt implantate în matricea din aliaj prin procesul de șold (presarea izostatică fierbinte), iar rezistența la uzură este îmbunătățită cu 300%, ceea ce este potrivit pentru puțurile de ulei cu conținut de nisip și pietriș> 8%.
2.. Inovația moleculară a sistemului de etanșare
Armarea modificată a fibrelor de carbon PTFE: Mențineți stabilitatea etanșării în intervalul de -50 ℃ ~ 260 ℃, coeficientul de frecare redus la 0,05, durata de viață depășește 100.000 de cicluri de deschidere și închidere
Tehnologia de acoperire a etanșării din metal: Acoperirea WC-10CO-4CR este preparată prin pulverizare supersonică cu flacără (HVOF), cu porozitate <0,8%, microhardness până la 1300HV și nivel de scurgere zero (API 598 Standard)
Iii. Echilibrul final al economiei materiale: modelul de costuri ale ciclului de viață
În practica unui câmp petrolier de apă adâncă în Marea Nordului, supapa de fluture DM cu acoperire HVOF a corpului de supape UNS S32750, deși costul inițial al achizițiilor este de 2,3 ori mai mare decât materialele obișnuite, ciclul său de întreținere este prelungit de la 3 luni la 5 ani, iar costul complet este redus cu 61%. Acest lucru confirmă concluzia Societății Americane de Ingineri Mecanici (ASME): în condiții de muncă severe, fiecare investiție suplimentară de $ 1 din modernizarea materială poate evita pierderea de 7,5 USD din pierderea de oprire a producției.
Iv. Flasa de parcurs a materialelor viitoare: de la laborator la petrol și câmp de gaz
Materialele de frontieră rescriu regulile industriei:
Aliaj pe bază de nichel îmbunătățit grafen: rezistența la tracțiune depășește 1500MPa, rezistența la coroziune H₂S a crescut cu 400%
Materiale inteligente de imprimare 4D: Poate sesiza zonele de concentrare a stresului și să întărească în mod autonom structurile de cristal
Suprafață asimetrică bionică: proiectarea canalului de flux care imită microstructura pielii de rechin, reducând uzura eroziunii cu 90%