Ako vybrať materiály pre vrtné nástroje?

Výber materiálu pre vrtné nástroje je ovplyvnený viacerými faktormi. Z hľadiska typov vrtných nástrojov:

Vŕtacie nástroje, nástroje na logovanie anástroje na opravuTieto nástroje majú krátku životnosť vo vrte, takže vyžadujú vysokú pevnosť, ale majú nízke požiadavky na odolnosť voči korózii.

Nástroje na dokončenie: Musia pracovať vo vrte niekoľko rokov, preto je potrebné zvážiť teplotu vo vrte a odolnosť voči korózii.

Z hľadiska prostredia vrtov sa zvyčajne delia do štyroch kategórií:

Štandardné prostredie (bez sírovodíka (H₂S), s obsahom oxidu uhličitého (CO₂) menej ako 1 psi [približne 0,0069 MPa]); korozívne prostredie H₂S; korozívne prostredie CO₂; kombinované korozívne prostredie H₂S a CO₂.

Výber materiálu pre vrtné nástroje v štandardných prostrediach

Pre vrtné nástroje používané v štandardných prostrediach sa zvyčajne vyberajú legované ocele ako 4130, 4140 a 4145 (triedy AISI). Chemické zloženie a mechanické pevnosti týchto materiálov sú uvedené v nasledujúcich tabuľkách:

1. Porovnanie chemického zloženia (hmotnostný zlomok)

2. Porovnanie mechanických pevností

Ako je vidieť z tabuliek:

Obsah uhlíka v týchto materiáloch sa postupne zvyšuje (4130 < 4140 < 4145), zatiaľ čo obsahy ostatných prvkov sú podobné.

Mechanické vlastnosti: Pevnosť pozitívne koreluje s obsahom uhlíka – 4145 má najvyššiu pevnosť – zatiaľ čo húževnatosť klesá nepriamo úmerne, pričom 4130 má najvyššiu húževnatosť.

4130, 4140 a 4145 sú medzinárodné triedy materiálov a ich domáce ekvivalenty v Číne sú nasledovné:

• 4130 (AISI) ≡ Domáca trieda 30CrMoA;
• 4140 (AISI) ≡ Domáca trieda 42CrMo;
• 4145H (AISI) ≡ Domáca trieda 45CrMo.

Ocele 4130 a 4140 sú vhodné pre konvenčné dokončovacie nástroje s dôrazom na nákladovú efektívnosť a zvariteľnosť.

4145H sa často používa v nástrojoch pre hlboké vrty, vysokotlakové alebo vysokozáťažové nástroje (ako sú vŕtacie nástroje a nástroje na opravy), pričom prioritou je pevnosť a odolnosť proti opotrebeniu.

Výber materiálu pre dokončovacie nástroje v korozívnom prostredí

V prípade dokončovacích nástrojov v korozívnom prostredí závisí výber hlavne od parciálneho tlaku kyslých plynov (rozdelených na dva typy: CO₂ a H₂S).

1. Vrty s vysokým obsahom CO₂

Aby materiály odolávali korózii spôsobenej CO₂, je potrebné zvýšiť obsah chrómu (Cr). Nasledujúce materiály (zoradené podľa obsahu Cr) dokážu v podstate pokryť vrty s parciálnym tlakom CO₂ v rozmedzí od 0,5 MPa do 14 MPa.：3Cr (obsah Cr ≈ 3 %), 9Cr1Mo (obsah Cr ≈ 9 %), 13Cr, S13Cr, 17Cr (trieda S17400), 22Cr (napr. duplexná nehrdzavejúca oceľ S32205) a oceľ 25Cr.

2. Studne s vysokým obsahom H₂S

Na zníženie korózie spôsobenej praskaním pod napätím v dôsledku sulfidov (SSC) je potrebné zvýšiť obsah niklu (Ni) v materiáloch. Ak je parciálny tlak H₂S vyšší ako 1 MPa a parciálny tlak CO₂ je tiež vysoký, mali by sa použiť vysokoteplotné zliatiny, ako napríklad:

Výber materiálu pre špeciálne komponenty

Hlavné materiály vrtných nástrojov (v kontakte s vrtnou kvapalinou a zaťažením): Vybrané v súlade s vyššie uvedenými normami.

Strihové komponenty: Vo všeobecnosti vyrobené z mosadze H62 alebo nehrdzavejúcej ocele S36600.

Kotviace komponenty: Vybrané z 20CrMoTi alebo 20CrMnTi. Na zlepšenie tvrdosti povrchu je potrebná povrchová cementačná úprava (s hrúbkou cementovanej vrstvy 0,8 – 1,2 mm), ktorá zvyšuje tvrdosť povrchu na HRC 58 – 62.

Ďalšie faktory ovplyvňujúce výber materiálu a referenčné štandardy

Okrem kyslých plynov súvisí výber materiálu pre pažnice a vrtné nástroje aj s teplotou vo vrte, obsahom vody, stupňom mineralizácie a hodnotou pH. Konkrétnejšie kritériá výberu nájdete v priemyselnej norme Q/HS 14015 – Pokyny pre návrh proti korózii potrubí a pažníc v ropných a plynových vrtoch na mori.

Spoločnosť Landrill dodáva aj oceľové tyče s rozmermi 41430, 4140 a 4145.

Neváhajte sa opýtať.https://www.landrilloiltools.com/