در طول اکتشاف و توسعه نفت و گاز، تجهیزات حفاری بارهای طولانی مدت-، ضربه های قوی، سایش و خوردگی را تحمل می کنند. انتخاب مواد به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان، طول عمر و ایمنی عملیاتی تجهیزات تأثیر می گذارد. از آنجایی که محیط عملیاتی شامل محیطهای عمیق،{3}}دما، فشار{{4} بالا، محیطهای خورنده حاوی سولفید هیدروژن یا دی اکسید کربن و جامدات ساینده مانند ماسه و گل میشود، انتخاب مواد مناسب به جنبه فنی اصلی ساخت و نگهداری تجهیزات حفاری تبدیل میشود.
اجزای ساختاری اصلی تجهیزات حفاری، مانند قفسه، پایه و محفظه وینچ، معمولاً از فولاد ساختاری-مقاومت کم- مانند سری Q345 یا ASTM A572 استفاده میکنند. این فولادها چقرمگی و جوش پذیری خوبی را حفظ می کنند و در عین حال دارای استحکام تسلیم و مقاومت در برابر خستگی بالا هستند و آنها را قادر می سازد تا بارهای بلند و ضربه ای مکرر را تحمل کنند. در شرایط بار شدید مانند چاههای فوق عمیق یا سکوهای فراساحلی، فولاد ساختاری آلیاژی یا فولاد مخازن تحت فشار بیشتر برای بهبود خواص مکانیکی و پایداری کلی انتخاب میشود.
اجزای کلیدی در معرض چرخش و ضربه، مانند لوله های مته، یقه مته و زنجیر بالابر، باید دارای استحکام بالا، چقرمگی بالا و مقاومت در برابر خستگی عالی باشند. مواد رایج مورد استفاده شامل فولادهای آلیاژی کروم{1} مولیبدن (مانند 4145H و 4340) میباشند که پس از تمپر و سخت شدن سطح، مقاومت پیچشی و خمشی را بهطور قابلتوجهی بهبود میبخشند در حالی که شروع ترک را تحت بارگذاری چرخهای به تأخیر میاندازند. اتصالات لوله مته، به دلیل اتصال و جداسازی مکرر، باید در برابر سایش چسب و خوردگی نیز مقاومت خوبی داشته باشند، که اغلب با فسفاته، آبکاری مس یا پوششهای ویژه درمان میشوند.
بدنه پمپ، نشیمنگاه شیرها، پیستونها و خطوط لوله در سیستمهای گردش گل، که در برابر فرسایش و خوردگی شیمیایی ناشی از-سرعت بالا، ماسه{1}}حاوی گل هستند، اغلب از چدن کروم بالا، نیکل- چدن دوپلکس سخت یا چدن دوپلکس بالا استفاده میکنند. چدن با کروم بالا، با مقاومت در برابر سایش عالی، به طور گسترده در آسترهای سیلندر و پروانه ها استفاده می شود، در حالی که فولاد ضد زنگ دوبلکس دارای مزیتی در متعادل کردن مقاومت در برابر خوردگی و استحکام در محیط های حاوی کلرید یا اسیدی است. برای میل لنگ و شاتون پمپ گل فشار بالا، فولاد آهنگری با تقویت سطح انتخاب شده است تا اطمینان حاصل شود که مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر خستگی مطابق با الزامات عملکرد طولانی مدت است.
مجموعه جلوگیری از انفجار (BOP) به عنوان هسته تضمین ایمنی، به مواد محفظه و دروازه خود نیاز دارد تا الزامات استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی استرس سولفید هیدروژن را برآورده کند. فولاد آلیاژی با کیفیت بالا معمولاً استفاده میشود، و تحت عملیات حرارتی دقیق و آزمایشهای غیرمخرب- قرار میگیرد تا اطمینان حاصل شود که تحت فشار شدید شکسته یا نشت نمیکند. مهر و موم ها بیشتر از فلورو لاستیک، پلی اورتان یا پلی تترا فلوئورواتیلن اصلاح شده (PTFE) ساخته می شوند تا با محدوده دمایی وسیع و محیط های شیمیایی مختلف مایع حفاری سازگار شوند.
انتخاب مواد مستلزم ارزیابی جامع خواص مکانیکی، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر سایش، ماشینکاری و صرفهجویی است و باید با محیط سرویس و طول عمر مورد انتظار مطابقت داشته باشد. معرفی تجزیه و تحلیل حالت خرابی در مراحل طراحی و تعمیر و نگهداری، و اجرای ارتقاء مواد یا تقویت سطح برای قطعات آسیبپذیر{1} با تنش بالا، میتواند به طور موثری خطر خرابیهای ناگهانی را کاهش دهد. یک استراتژی علمی انتخاب مواد نه تنها قابلیت اطمینان عملیاتی تجهیزات حفاری را بهبود می بخشد، بلکه تضمینی محکم برای توسعه ایمن و کارآمد منابع پیچیده نفت و گاز فراهم می کند.