Nello sfruttamento del petrolio, nella raccolta e nel trasporto di petrolio e gas, nel campionamento in loco, nelle operazioni ausiliarie di fondo pozzo e nella produzione di piattaforme offshore, i contenitori isolanti speciali vengono utilizzati principalmente per lo stoccaggio a temperatura costante di fluidi di petrolio e gas, l'anti-coagulazione dei fluidi di processo, la conservazione del calore medio campionato e la protezione dell'isolamento termico delle apparecchiature. A differenza delle apparecchiature di isolamento civile, le condizioni di lavoro nei giacimenti petroliferi sono estremamente dure, caratterizzate da improvvisi sbalzi di temperatura, fluttuazioni di pressione, adesione di nebbia salina e corrosione causata da ioni cloruro, idrogeno solforato e acidi organici del petrolio greggio. Queste condizioni rigorose impongono requisiti elevati in termini di adattabilità ambientale, resistenza strutturale, durata di servizio e costi operativi e di manutenzione dei contenitori isolanti.
Attualmente, l'acciaio inossidabile 316, l'acciaio inossidabile indurente per precipitazione 17-4PH e la lega di titanio sono i tre materiali principali per le cavità di isolamento del petrolio e i dispositivi di isolamento per il campionamento. Questo documento mette a confronto i tre materiali in termini di adattabilità ambientale, prestazioni strutturali e costo del ciclo completo, fornendo riferimenti pratici per la selezione per l'approvvigionamento di attrezzature per giacimenti petroliferi e il supporto del processo.
1. Condizioni di lavoro e adattabilità ambientale di ciascun materiale
La resistenza alla corrosione e l'adattabilità alle condizioni di lavoro sono i criteri fondamentali per la selezione dei materiali delle apparecchiature petrolifere e la stabilità dei materiali determina direttamente la durata di servizio delle apparecchiature e la-sicurezza operativa in loco.
Acciaio inossidabile 316vanta la più forte universalità per i giacimenti petroliferi onshore. Con l'aggiunta di molibdeno, mostra un'eccellente resistenza alla corrosione per vaiolatura e alla corrosione interstiziale, adattandosi stabilmente ai mezzi misti di olio-acqua, acqua pulita di processo e ambienti con nebbia salina moderata nei giacimenti petroliferi onshore convenzionali. Presenta un'eccellente tenacità alle alte e basse temperature senza fragilità a freddo e non è soggetto a deformazione, ridimensionamento o corrosione in caso di frequenti fluttuazioni di temperatura e pressione. Con prestazioni superiori di formatura sotto vuoto e saldatura e tenuta stabile della cavità, è ampiamente utilizzato in condizioni di lavoro convenzionali come raccolta e trasporto a terra, campionamento in sito- e isolamento a temperatura costante della stazione. Tuttavia, ha una resistenza limitata alla corrosione estrema. In ambienti con acqua di mare ad alta-concentrazione di cloruri, alto-contenuto di idrogeno solforato e forte nebbia salina-di acque profonde, il suo film di passivazione è vulnerabile ai danni, con conseguente corrosione per vaiolatura e perdite, rendendolo inadatto per il servizio a lungo-termine in blocchi offshore e altamente corrosivi.
Acciaio inossidabile indurente per precipitazione 17-4PHè caratterizzato da una resistenza meccanica ultra-elevata. Dopo il trattamento di invecchiamento, la sua resistenza alla trazione è molto superiore a quella dell'acciaio inossidabile 316, con eccezionale resistenza all'alta pressione, alla deformazione e alla fatica da vibrazione. È adatto per condizioni di lavoro nel fondo pozzo con alta pressione, carico elevato e frequenti impatti di pressione e può risolvere efficacemente deformazione, allentamento e fessurazioni per fatica delle cavità di isolamento ad alta-pressione e degli accessori dei cuscinetti-di pressione. Tuttavia, ha una debole resistenza alla corrosione, che è vicina all’acciaio inossidabile 304 e di gran lunga inferiore all’acciaio inossidabile 316. È soggetto a tensocorrosione e fessurazioni in ambienti contenenti cloro, zolfo, -e nebbia salina umida. Èapplicabile solo a strutture portanti-con carico ad alta pressione-in condizioni di bassa-corrosione e di lavoro a seccoed è severamente vietato per le piattaforme offshore e i giacimenti petroliferi ad alto-solfuro.
Lega di titanioè il materiale ottimale per condizioni di lavoro estremamente corrosive. Sulla sua superficie può formarsi un denso film di passivazione auto-riparante, che consente una resistenza a lungo-termine all'immersione in acqua di mare, alla nebbia salina ad alta-densità, all'idrogeno solforato, ai mezzi acidi di anidride carbonica e all'alternanza di condizioni di lavoro ad alta e bassa temperatura con quasi nessun rischio di corrosione o perdite. Nel frattempo, la lega di titanio pesa solo il 50% dell'acciaio inossidabile, con evidenti vantaggi in termini di leggerezza ed elevata resistenza specifica, che può ridurre efficacemente il carico delle apparecchiature delle piattaforme offshore ed è adatta per dispositivi di isolamento di campionamento di fascia alta- e apparecchiature di isolamento mobili di precisione. Il suo unico svantaggio è la consistenza relativamente morbida con scarsa resistenza agli urti e all'usura, che lo rende inapplicabile a condizioni di lavoro difficili con forti impatti.
2. Confronto dei costi del servizio a ciclo completo-
La selezione dei materiali per i giacimenti petroliferi non dovrebbe concentrarsi solo sul prezzo unitario di approvvigionamento, ma valutare in modo completo il costo delle materie prime, i costi di lavorazione, i costi di funzionamento e manutenzione, i costi di sostituzione e le perdite di arresto.
Acciaio inossidabile 316ha un’offerta di mercato sufficiente e un prezzo unitario moderato. I suoi processi di formatura, saldatura e solubilizzazione di pareti sottili-sono maturi e si adattano alla struttura sottovuoto di precisione a doppio-strato dei contenitori isolanti, con elevata resa di lavorazione e bassi costi di produzione di massa. In condizioni di lavoro onshore convenzionali, la sua durata di servizio può raggiungere gli 8-10 anni con un basso tasso di guasto e zero manutenzione giornaliera, evitando frequenti sostituzioni e perdite di arresto. Offre le migliori prestazioni in termini di costo del ciclo completo-ed è adatto per applicazioni di supporto standardizzate su larga-scala nei giacimenti petroliferi.
Acciaio inossidabile 17-4PHha un prezzo della materia prima vicino all'acciaio inossidabile 316, ma il suo costo di lavorazione complessivo è molto più elevato. Presenta elevata durezza e taglio difficile, con facile rimbalzo durante la formazione di pareti sottili-. La sua robustezza e resistenza alla corrosione diminuiscono significativamente dopo la saldatura, richiedendo un trattamento termico di invecchiamento secondario, che porta a processi tecnologici complessi e lunghi cicli di produzione. Inoltre, a causa della scarsa resistenza alla corrosione, invecchia e si guasta facilmente in condizioni di lavoro ordinarie con manutenzione frequente. È adatto solo per supporti strutturali speciali ad alta pressione-di piccoli-lotti e non può essere applicato universalmente.
Lega di titaniorichiede il più alto investimento iniziale. Il costo della materia prima è 5-8 volte quello dell'acciaio inossidabile 316, con requisiti elevati di formatura e saldatura (è obbligatoria la protezione completa del gas inerte), con conseguente soglia di processo elevata, bassa resa e costo del prodotto finito molto più elevato rispetto all'acciaio inossidabile. Tuttavia, mostra notevoli vantaggi in condizioni di lavoro estreme come offshore, ambienti ad alto-sale e ad alto-zolfo. Con una durata di servizio di oltre 15 anni e un funzionamento esente da manutenzione-a lungo termine-a lungo termine, può ridurre notevolmente la sostituzione delle apparecchiature, l'arresto per manutenzione e i costi di manutenzione anti-corrosione, offrendo migliori vantaggi economici a ciclo completo-per le apparecchiature offshore di fascia alta per petrolio e gas.
3. Conclusione e suggerimenti per la selezione del materiale
Non esiste un materiale assolutamente ottimale per i contenitori isolanti del petrolio e la scelta deve essere abbinata alle condizioni di lavoro effettive. 316 l'acciaio inossidabile ha prestazioni complete bilanciate e prestazioni a costi elevati, adatto per la maggior parte dei giacimenti petroliferi onshore convenzionali, raccolta e trasporto a terra e scenari di isolamento di campionamento.. 17-4L'acciaio inossidabile PH presenta un'elevata robustezza e resistenza alla fatica, applicabile solo a speciali strutture portanti ad alta-pressione e-carico in condizioni di bassa-corrosione. La lega di titanio vanta una resistenza alla corrosione di altissimo livello-, appositamente progettata per condizioni di lavoro estreme su piattaforme offshore, acque profonde e ambienti ad alta-corrosione. La selezione dei materiali del giacimento petrolifero dovrà seguire i principi di "priorità alla corrosione, adattamento della resistenza e costo ottimale del ciclo completo-". Una ragionevole corrispondenza dei materiali basata sui-mezzi in loco, sulle condizioni di temperatura e pressione e sui requisiti di durata utile può garantire un funzionamento sicuro e stabile delle apparecchiature controllando al tempo stesso i costi di progettazione complessivi.