skip to Main Content
مواد و تکنولوژی های مورد استفاده در صنعت حفاری نفت و گاز

مواد و تکنولوژی های مورد استفاده در صنعت حفاری نفت و گاز

به دلیل پیچیده بودن فرآیند حفاری نفت و گاز طبیعی و نیاز آن به برنامه ریزی های دقیق، تکنیک­ های این صنعت از قرن ۱۹ به بعد پیشرفت فرآوانی داشته است. در برنامه­ ریزی و انتخاب تجهیزات برای حفاری، در نظر داشتن ۳ نکته ضروری است:

  1. مواد مورد استفاده مناسب و به میزان کافی مقاوم باشند.
  2. تکنولوژی مورد استفاده پربازده باشد.
  3. تکنیک های مورد استفاده باید بتوانند حداکثر درصد ممکن از هیدروکربن درون سازند را استخراج کنند.

شرایط ایجاد شده طی فرآیند حفاری نفت و گاز طبیعی، احتمال زنگ ­زدگی و خوردگی در مواد سازنده تجهیزات را بالا می­برد. به عنوان مثال خط لوله (pipe line) باید با ماده ­ای ساخته شود که هم زمان هم در برابر خوردگی مقاوم باشد و هم تحمل دمایی بالایی داشته باشد.

در ادامه ­ی این مطلب به موادی که به طور معمول در ابزارهای صنعت حفاری نفت و گاز به­ کار برده می­شوند تا با مشکلات مطرح شده در بالا مقابله شود، می ­پردازیم.

  • فولاد (steel)

فولاد که یکی از آلیاژهای آهن است به صورت گسترده در صنعت نفت و گاز از تولید و فرآوری تا پالایش مورد استفاده قرار می­ گیرد. این آلیاژ به طور چشمگیری استحکام ماده و مقاومت آن را در برابر خوردگی افزایش می­ دهد.

فولاد کربن یک آلیاژ با حداکثر ۲% کربن است که باعث افزایش استحکام ماده می­ شود و در برابر خوردگی مقاوم است.

فولاد همچنین دارای مقادیر اندکی از سایر فلزات مانند نیکل و کروم است.

  • نیکل (Nickel)

افزودن نیکل به آلیاژهای فولاد، استحکام ماده را افزایش می­ دهد و باعث می­ شود ماده در دماهای شدیداً بالا و شدیداً پایین تاب بیاورد. همچنین امکان انتقال ایمن سیالات را ممکن می­سازد.

آلیاژهای نیکل معمولاً در Christmas tree (مجموعه­ای از شیرها و لوله ­ها که روی سرچاه (well head) قرار دارند) به کار می­روند. فولادی که حاوی ۹% نیکل باشد، در برابر دماهای شدیداً بالا و خیلی پایین مقاوم است و به عنوان تبادلگر حرارتی به کار می­رود. تبادلگر حرارتی، گرما را از نفت و گاز در دمای ۳۹۲ درجه فارنهایت خارج می­ کند و آن را تا دمای ۷۰ درجه فارنهایت سرد می­کند و باعث انتفال ایمن سیال می­شود.

آلیاژهای نیکل و فولاد به دلیل استحکام بالا و همچنین مقاومت در برابر خوردگی، به طور وسیع در فرآوری گازطبیعی و گاز طبیعی میعانی شده کاربرد دارند.

  • کروم (Chromium)

کروم یکی از اولین فلزاتی است که جهت افزایش استحکام آلیاژهای فولاد به آن اضافه شد و امروزه نیز به همین منظور به کار می ­رود.

نفت خام در طبقات زیرین زمین حاوی گوگرد و هیدروژن سولفید می­ باشد که می­تواند باعث خوردگی خط لوله ­شود.  فولاد با کربن کم حاوی ۱۲ تا ۱۴ درصد کروم، شدیدا در برابر CO۲ و H۲S و همچنین در برابر دماهای بالا (بالاتر از ۴۳۵ درجه فارنهایت) مقاوم است و به همین دلیل در عمیق­ترین چاه­های نفت و گاز به کار می ­رود.

در ایالات متحده­ی آمریکا استفاده از لوله ­های فولاد با این نسبت کروم در ۵ سال گذشته، با توسعه­ ی حفاری شیل­ های گازی، افزایش یافته است.

سایر ترکیبات کروم مانند کروم­ لیگنوسولفورنت در صنعت گل حفاری به عنوان ضدانباشتگی (deflocculate) استفاده می ­شوند. این ترکیبات باعث کاهش گرانروی گل حفاری شده و همچنین با ایجاد یک سوسپانسون از خرده­ های سنگ، مانع از انباشته شدن و لخته شدن آن­ها در اطراف مته ­ی حفاری می­ شوند. البته این افزودنی­ها با محیط زیست سازگار نیستند و به همین دلیل، در سال­های اخیر با موادی نظیر آهن و کلسیم لیگنوسولفایت، جایگزین شده ­اند.

  • مس (cooper)

مس و آلیاژ آن برنز به دلیل مقاومت بالا در برابر سرما بسیار رایج و کاربردی هستند. تمام آلیاژهای مس هدایت الکتریکی و حرارتی بالایی دارند. این آلیاژها معمولا در شیرهای فوران­ گیر، عایق کردن، ساق مته، دستگاه ­های انتقال حرارت و… به کار می­ روند. گاز طبیعی حاوی مقادیر اندکی جیوه است که باید در طی فرآوری آن جدا شود زیرا جیوه فلزی سمی است و همچنین در درون تجهیزات با سایر فلزات واکنش می ­دهد و باعث ایجاد شکستگی ترد می شود. نمک­ های مس می توانند جیوه را جذب کنند. به همین دلیل از آن ها در دستگاه های فرآوری گاز طبیعی استفاده می شود.

آلیاژهای برنز همراه با مقادیر اندک نیکل و آلومینیوم در well head کاربرد دارند.

  • تیتانیوم (Titanium)

تیتانیوم فلز بسیار ارزشمند و پرکاربردی است که در تمام صنایع از جمله صنعت نفت و گاز کاربرد دارد. این فلز منحصر به فرد در بخش نفت و گاز طبیعی بسیار پرتقاضا بوده و در دهه های اخیر در سراسر دنیا استفاده از این فلز به همراه آلیاژهای فولاد برای فرآیند tubing گسترش یافته است.

تیتانیوم باعث افزایش استحکام و چگالی فولاد می شود و همچنین دربرابر خوردگی ناشی از آب دریا، CO۲ و H۲S مقاوم است.

آلیاژهای بسیار مستحکم تیتانیوم که در قسمت های کمپرسور مورد استفاده قرار می گیرند، بسیار بادوام هستند و در مقایسه با سایر آلیاژهای فولاد، عمر مفید قسمتی را که در آن استفاده شده اند را افزایش می دهند.

این فلز استحکام خود را در دمای بسیار پایین ۲۴۰- درجه فارنهایت که برای مایع کردن گاز طبیعی لازم است، حفظ می کند. به همین دلیل از آن در لوله های انتقال حرارت، برای مایع کردن گاز طبیعی و همچنین در شیرهای تحت فشار تانک های حاوی LNG استفاده می شود.

  • مولیبدن (Molybdenum)

یکی دیگر از آلیاژهای که باعث افزایش استحکام و مقاومت در برابر خوردگی فولاد می شود این فلز پرکاربرد است.  از مولیبدن اساساً در ساخت خطوط لوله ی انتقال گاز استفاده می شود. پرکاربردترین فولاد برای خطوط لوله ی گاز حاوی ۲ تا ۴ درصد مولیبدن است.

از این فلز همچنین به عنوان کاتالیزگر در فرآیند پالایش نفت برای جدا کردن گوگرد به منظور تهیه ی بنزین کم گوگرد و سایر سوخت هایی که مطابق آیین نامه های زیست محیطی هستند استفاده می شود.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

5 + یازده =

Back To Top
×بستن جستجو
جستجو