Rewolucja materiału zaworu motyli w warunkach wysokiej korozji i silnego zużycia - dekodowanie zaworów motyla DM w scenariuszach ekstrakcji oleju

Na platformach wiertniczych głębokich lub miejscach ekstrakcji gazu łupkowego Awaria Zawór motyla DM o średnicy zaledwie 30 cm może spowodować, że miliony dolarów strat produkcyjnych i poważne zagrożenia bezpieczeństwa. Ekstremalne warunki pracy przemysłu ekstrakcji oleju - wysokie temperaturę i wysokie ciśnienie, pożywki korozyjne zawierające siarkow wodór oraz ścieranie piasku i żwiru - przedstawiają prawie wymagające wymagania dotyczące wydajności materiałów zaworów. Przełom nauk o materiałach w tej dziedzinie napędza rewolucyjny skok technologii zaworów motyla od „zaspokajania podstawowych potrzeb” do „pełnej niezawodności cyklu życia”.
1. „Materiał zabójca” ekstrakcji oleju: czterokrotne czyściecowe skierowane przez zawory motyli
W surowym środowisku ekstrakcji oleju i gazu materiały zaworów motyla muszą jednocześnie opierać się czterem destrukcyjnym:
Korozja chemiczna: Wysokie stężenia H₂s (siarkow wodór) i CO₂ indukują pękanie korozji naprężeń, a szybkość wżerowa zwykłej stali nierdzewnej 316L w pożywkach zawierających Cl⁻ może osiągnąć 0,5 mm/rok
Erozja ścierna: przepływ mediów o zawartości piasku ponad 5% powoduje efekt mikrokutowy, a szybkość zużycia powierzchni tradycyjnej stali węglowej przekracza 0,3 mm/tysiąc godzin
Wysokość temperatury: temperatura robocza głębokich studzienek osiąga 200-350 ℃, a granica plastyczności materiałów metalowych maleje o 30%-50%
Naprzemiennie stres: uszkodzenie zmęczeniowe spowodowane częstym operacjami otwierającymi i zamykania przyspiesza proces awarii materiału
Dane z krajowego stowarzyszenia inżynierów korozji (NACE) pokazują, że w kwaśnych polach olejowych i gazowych wskaźnik awarii zaworów z niewłaściwym wyborem materiału wynosi 7,2 razy niż normalne warunki pracy, co oznacza, że ​​wybór materiału bezpośrednio określa koszt cyklu życia.
2. Materiał Piramida: Budowanie ostatecznego systemu ochrony zaworu motyla DM
1. Rewolucyjne ulepszenie materiału ciała zaworu
Super dupleksowa stal UNS S32750: Wartość PREN (równoważnik rezystancji wżery) ≥42, który jest 3 razy większy niż w przypadku 304 stali nierdzewnej i nadal utrzymuje stabilność folii pasywacyjnej w pożywce zawierającej Cl⁻ 100 000 ppm. Jego zawartość fazy σ jest kontrolowana poniżej 0,5%, co doskonale rozwiązuje ryzyko pęknięcia indukowanego wodorem w środowisku H₂S.
Hastelloy C-276: W przypadku ekstremalnych warunków pracy z zawartością siarki> 5%jej zawartość MO osiąga 15-17%, a szybkość korozji wynosi <0,025 mm/A w pożywce kwaśnej przy 150 ℃ i pH = 2, stając się ostatecznym rozwiązaniem dla głębokiego wydobywania studni.
Ceramiczny materiał kompozytowy z metali metali: Al₂o₃-tika cząstki ceramiczne (twardość> 2000HV) są wszczepiane do matrycy stopowej przez proces biodra (gorące izostatyczne prasowanie), a odporność na zużycie ulega poprawie o 300%, która jest odpowiednia do studni olejowych z zawartością piasku i żwiru> 8%.
2. Innowacja molekularna systemu uszczelniania
Zmodyfikowane wzmocnienie włókien węglowych PTFE: Utrzymuj stabilność uszczelnienia w zakresie -50 ℃ ~ 260 ℃, współczynnik tarcia zmniejszony do 0,05, żywotność serwisowa przekracza 100 000 cykli otwarcia i zamykania
Technologia powlekania z uszczelką z twardego metalowego: powłoka WC-10CO-4CR jest przygotowywana przez naddźwiękowy rozpylanie płomienia (HVOF), z porowatością <0,8%, mikroardowość do 1300HV i poziomy wycieku zerowego (standard API 598)
Iii. Ostateczna równowaga ekonomii materialnej: model kosztów cyklu życia
W praktyce pola oleju głębinowego na Morzu Północnym zawór motyla DM z powłoką HVOF zaworu UNS S32750, chociaż początkowy koszt zamówień wynosi 2,3 razy większy niż zwykłe materiały, jego cykl konserwacji jest wydłużony od 3 miesięcy do 5 lat, a kompleksowy koszt jest obniżony o 61%. Potwierdza to zakończenie American Society of Mechanical Engineers (ASME): W poważnych warunkach pracy każde dodatkowe 1 USD inwestycji w zakresie aktualizacji materiałów może uniknąć 7,5 USD utraty zatrzymania produkcji.
Iv. Przyszła mapa drogowa: od laboratorium do pola ropy i gazu
Materiały graniczne przepisują zasady branży:
Stop na bazie niklu o zwiększonym grafenu: wytrzymałość na rozciąganie przekracza 1500 MPa, odporność na korozję H₂s wzrosła o 400%
4D Drukowanie inteligentne materiały: może wyczuć obszary stężenia stresu i autonomicznie wzmacniać struktury krystaliczne
Bionowa asymetryczna powierzchnia: Projekt kanału przepływowego naśladuje mikrostrukturę skóry rekina, zmniejszając zużycie erozji o 90%