يتأثر اختيار المواد المستخدمة في أدوات الحفر تحت السطحي بعوامل متعددة. من منظور أنواع أدوات الحفر تحت السطحي:
أدوات الحفرأدوات التسجيل، وأدوات إصلاح الأعطال: تتميز هذه الأدوات بعمر خدمة قصير في البئر، لذا فهي تتطلب قوة عالية ولكنها ذات متطلبات مقاومة منخفضة للتآكل.
أدوات الإكمال: فهي تحتاج إلى العمل في قاع البئر لعدة سنوات، لذلك يجب مراعاة درجة الحرارة في قاع البئر ومقاومة التآكل.
من منظور بيئات قاع البئر، يتم تصنيفها عادةً إلى أربع فئات:
بيئة قياسية (خالية من كبريتيد الهيدروجين (H₂S)، مع محتوى ثاني أكسيد الكربون (CO₂) أقل من 1 رطل لكل بوصة مربعة [حوالي 0.0069 ميجا باسكال])؛ بيئة تآكل H₂S؛ بيئة تآكل CO₂؛ بيئة تآكل مشتركة من H₂S و CO₂.
اختيار المواد لأدوات الحفر في البيئات القياسية
بالنسبة لأدوات الحفر المستخدمة في البيئات القياسية، عادةً ما يتم اختيار سبائك الصلب مثل 4130 و4140 و4145 (درجات AISI). يوضح الجدول التالي التركيب الكيميائي والقوة الميكانيكية لهذه المواد:
1. مقارنة التركيبات الكيميائية (الكسر الكتلي)
| عنصر | 4130 (AISI) | 4140 (AISI) | 4145 (AISI 4145H) |
| الكربون (C) | 0.28-0.33% | 0.33-0.48% | 0.43-0.48% |
| المنغنيز (Mn) | 0.40-0.60% | 0.75-1.00% | 0.75-1.00% |
| الكروم (Cr) | 0.80-1.10% | 0.80-1.10% | 0.80-1.10% |
| الموليبدينوم (Mo) | 0.15-0.25% | 0.15-0.25% | 0.15-0.25% |
| السيليكون (Si) | 0.15-0.35% | 0.15-0.35% | 0.15-0.35% |
| الكبريت (S) / الفوسفور (P) | ≤0.040% (S)، ≤0.035% (P) | ≤0.030% (S)، ≤0.030% (P) | ≤0.030% (S)، ≤0.030% (P) |
2. مقارنة القوى الميكانيكية
| الخواص الميكانيكية | 4130 | 4140 | 4145 (الدرجة H، القيمة النموذجية) |
| قوة الشد | 760-871 ميجا باسكال | 795-1000 ميجا باسكال | 950-1100 ميجا باسكال |
| قوة الخضوع | ≥635 ميجا باسكال | ≥610-750 ميجا باسكال | ≥750 ميجا باسكال |
| استطالة | ≥17% | ≥22% | ≥10% |
| الصلابة (HRC) | 28-32 (بعد التبريد والتلطيف) | 28-34 (بعد التبريد والتلطيف) | 32-36 (بعد التبريد والتلطيف) |
كما يتضح من الجداول:
يزداد محتوى الكربون في هذه المواد بالتسلسل (4130 < 4140 < 4145)، بينما تكون محتويات العناصر الأخرى متشابهة.
الخواص الميكانيكية: ترتبط القوة بشكل إيجابي بمحتوى الكربون - حيث يتمتع 4145 بأعلى قوة - بينما تنخفض المتانة بشكل عكسي، حيث يتمتع 4130 بأعلى متانة.
4130 و4140 و4145 هي درجات مواد دولية، وما يعادلها محلياً في الصين هو كما يلي:
- 4130 (AISI) ≡ الدرجة المحلية 30CrMoA؛
- 4140 (AISI) ≡ الدرجة المحلية 42CrMo؛
- 4145H (AISI) ≡ الدرجة المحلية 45CrMo.
تعتبر 4130 و 4140 مناسبة لأدوات الإكمال التقليدية، مع التركيز على فعالية التكلفة وقابلية اللحام.
غالباً ما يتم استخدام 4145H في أدوات الآبار العميقة أو ذات الضغط العالي أو ذات الأحمال العالية (مثل أدوات الحفر وأدوات الصيانة)، مع إعطاء الأولوية للقوة ومقاومة التآكل.
اختيار المواد لأدوات الإكمال في البيئات المسببة للتآكل
بالنسبة لأدوات الإكمال في البيئات المسببة للتآكل، يعتمد الاختيار بشكل أساسي على الضغط الجزئي للغازات الحمضية (المقسمة إلى نوعين: CO₂ و H₂S).
1. الآبار ذات المحتوى العالي من ثاني أكسيد الكربون
لمقاومة تآكل ثاني أكسيد الكربون، يجب زيادة محتوى الكروم في المواد. يمكن للمواد التالية (مرتبة حسب محتوى الكروم) تغطية الآبار التي يتراوح فيها الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون من 0.5 ميجا باسكال إلى 14 ميجا باسكال.":"3Cr (محتوى الكروم ≈ 3٪)، 9Cr1Mo (محتوى الكروم ≈ 9٪)، 13Cr، S13Cr، 17Cr (الدرجة S17400)، 22Cr (على سبيل المثال، الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج S32205)، وفولاذ 25Cr.
2. الآبار ذات المحتوى العالي من كبريتيد الهيدروجين
لتقليل تآكل التصدع الناتج عن إجهاد الكبريتيد (SSC)، يجب زيادة محتوى النيكل (Ni) في المواد. عندما يكون الضغط الجزئي لكبريتيد الهيدروجين (H₂S) أعلى من 1 ميجا باسكال، ويكون الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون (CO₂) مرتفعًا أيضًا، يُنصح باستخدام سبائك عالية الحرارة مثل ما يلي:
اختيار المواد للمكونات الخاصة
المواد الرئيسية لأدوات الحفر (المتصلة بسائل البئر وأحمال التحميل): تم اختيارها وفقًا للمعايير المذكورة أعلاه.
مكونات القص: مصنوعة بشكل عام من نحاس H62 أو قضبان من الفولاذ المقاوم للصدأ S36600.
مكونات التثبيت: يتم اختيارها من بين 20CrMoTi أو 20CrMnTi. لتحسين صلابة السطح، يلزم إجراء معالجة سطحية بالكربنة (بسماكة طبقة كربنة من 0.8 إلى 1.2 مم)، مما يزيد من صلابة السطح إلى 58-62 HRC.
عوامل أخرى تؤثر على اختيار المواد والمعايير المرجعية
بالإضافة إلى الغازات الحمضية، يرتبط اختيار المواد المستخدمة في تصنيع أنابيب التغليف وأدوات الحفر بدرجة حرارة قاع البئر، ونسبة الماء، ودرجة التمعدن، وقيمة الرقم الهيدروجيني. لمزيد من التفاصيل حول معايير الاختيار، يُرجى الرجوع إلى معيار الصناعة Q/HS 14015: إرشادات تصميم منع تآكل الأنابيب وأنابيب التغليف في آبار النفط والغاز البحرية.
كما توفر شركة لاندريل قضبانًا من المواد الفولاذية من الأنواع 41430 و4140 و4145.
لا تتردد في الاستفسار.https://www.landrilloiltools.com/
تاريخ النشر: 3 سبتمبر 2025
5-1203، المنطقة الصناعية داهوا، رقم 2 طريق يونشوي، منطقة التنمية عالية التقنية، شيآن، 710065، الصين
86-13609153141
