Jak vybrat materiály pro vrtné nástroje?

Výběr materiálu pro vrtné nástroje je ovlivněn řadou faktorů. Z pohledu typů vrtných nástrojů:

Vrtací nástroje, nástroje pro logování anástroje pro opravyTyto nástroje mají krátkou životnost ve vrtu, takže vyžadují vysokou pevnost, ale mají nízké požadavky na odolnost proti korozi.

Nástroje pro dokončování: Musí pracovat ve vrtu několik let, proto je třeba zohlednit teplotu ve vrtu a odolnost proti korozi.

Z pohledu prostředí ve vrtech se obvykle dělí do čtyř kategorií:

Standardní prostředí (bez sirovodíku (H₂S), s obsahem oxidu uhličitého (CO₂) menším než 1 psi [přibližně 0,0069 MPa]); korozní prostředí s H₂S; korozní prostředí s CO₂; kombinované korozní prostředí s H₂S a CO₂.

Výběr materiálu pro vrtné nástroje ve standardním prostředí

Pro vrtné nástroje používané ve standardním prostředí se obvykle volí legované oceli jako 4130, 4140 a 4145 (jakosti AISI). Chemické složení a mechanické pevnosti těchto materiálů jsou uvedeny v následujících tabulkách:

1. Porovnání chemického složení (hmotnostní zlomek)

2. Porovnání mechanických pevností

Jak je patrné z tabulek:

Obsah uhlíku v těchto materiálech se postupně zvyšuje (4130 < 4140 < 4145), zatímco obsahy ostatních prvků jsou podobné.

Mechanické vlastnosti: Pevnost pozitivně koreluje s obsahem uhlíku – 4145 má nejvyšší pevnost – zatímco houževnatost nepřímo úměrně klesá, přičemž 4130 má nejvyšší houževnatost.

4130, 4140 a 4145 jsou mezinárodní jakosti materiálů a jejich domácí ekvivalenty v Číně jsou následující:

• 4130 (AISI) ≡ Domácí třída 30CrMoA;
• 4140 (AISI) ≡ 42CrMo tuzemské kvality;
• 4145H (AISI) ≡ 45CrMo tuzemské kvality.

Oceli 4130 a 4140 jsou vhodné pro konvenční dokončovací nástroje s důrazem na cenovou efektivitu a svařitelnost.

Ocel 4145H se často používá v nástrojích pro hluboké vrty, vysokotlaké nebo vysoce zatěžované vrty (jako jsou vrtací nástroje a nástroje pro opravy), přičemž prioritou je pevnost a odolnost proti opotřebení.

Výběr materiálu pro dokončovací nástroje v korozivním prostředí

U dokončovacích nástrojů v korozivním prostředí závisí výběr hlavně na parciálním tlaku kyselých plynů (rozdělených na dva typy: CO₂ a H₂S).

1. Vrty s vysokým obsahem CO₂

Aby materiály odolávaly korozi způsobené CO₂, je třeba zvýšit obsah chromu (Cr). Následující materiály (seřazené podle obsahu Cr) dokáží v podstatě pokrýt vrty s parciálním tlakem CO₂ v rozmezí od 0,5 MPa do 14 MPa.：3Cr (obsah Cr ≈ 3 %), 9Cr1Mo (obsah Cr ≈ 9 %), 13Cr, S13Cr, 17Cr (jakost S17400), 22Cr (např. duplexní nerezová ocel S32205) a ocel 25Cr.

2. Vrty s vysokým obsahem H₂S

Pro snížení koroze způsobené praskáním v důsledku sulfidického napětí (SSC) je třeba zvýšit obsah niklu (Ni) v materiálech. Pokud je parciální tlak H₂S vyšší než 1 MPa a parciální tlak CO₂ je také vysoký, měly by se použít vysokoteplotní slitiny, jako například následující:

Výběr materiálu pro speciální komponenty

Hlavní materiály vrtných nástrojů (v kontaktu s vrtnou kapalinou a zatížením): Vybrány v souladu s výše uvedenými normami.

Smykové komponenty: Obvykle vyrobeny z mosazi H62 nebo nerezových tyčí S36600.

Kotevní komponenty: Vybrány z 20CrMoTi nebo 20CrMnTi. Pro zlepšení tvrdosti povrchu je nutná povrchová cementační úprava (s tloušťkou cementované vrstvy 0,8–1,2 mm), která zvyšuje tvrdost povrchu na HRC 58–62.

Další faktory ovlivňující výběr materiálu a referenční standardy

Kromě kyselých plynů souvisí výběr materiálu pro pažnice a vrtné nástroje také s teplotou ve vrtu, obsahem vody, stupněm mineralizace a hodnotou pH. Konkrétnější kritéria výběru naleznete v průmyslové normě Q/HS 14015 Konstrukční pokyny pro prevenci koroze trubek a pažnic v ropných a plynových vrtech na moři.

Landrill také dodává ocelové tyče o rozměrech 41430, 4140 a 4145.

Neváhejte se zeptat.https://www.landrilloiltools.com/