ТИТАНОВЫЙ СПЛАВ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ИЗ НЕГО ДЕТАЛИ И СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК C22C14/00 E21B17/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ

Область технического применения включает титановые сплавы, производимые из них компоненты, и способы применения таких компонентов.

ИНФОРМАЦИЯ О ПЕРВОИСТОЧНИКАХ

Увеличение потребности в электроэнергии в мировом масштабе ставит новые задачи добычи/восстановления источников энергии, зачастую с ограничением технических материалов. Это видно на примере добычи геотермальной энергии и углеводородов (то есть, нефть/газ), для чего необходимо бурить более глубокие скважины и открывать новые месторождения на суше и в глубоких морских водах с соответственно более высокими температурами и давлением, а также работать в условиях более агрессивной коррозионной среды. Залежи/месторождения углеводородов могут быть классифицированы как высоконапорные, высокотемпературные скважины (ВНВТ), поскольку температура на забое может составлять около 300°F и давление - 10000 фунтов на квадратный дюйм (PSI). В свою очередь, экстремальными высоконапорными, высоконапорными высокотемпературными скважинами (ХВНВТ) являются скважины, при разработке которых, температура может превышать 400°F, а давление доходить до 20000 фунтов на квадратный дюйм. Эти горячие и зачастую глубокие скважины-резервуары обычно производят смесь из углеводородов и осадочных флюидов скважин, включая хлорсодержащие растворы с кислотными газами под давлением, такими как диоксид углерода (СО₂) и/или сероводород (H₂S). Скважины в настоящее время могут быть пробурены до общей глубины в 50000 футов и более, где температура и/или давление еще больше. Геотермальные скважины, используемые для вывода энергии и выработки электроэнергии, как правило, имеют меньшую глубину и, соответственно, более низкое давление в забое, но могут производить высокотемпературные (например, с температурой более 625°F) свободные от рудничного газа или содержащие сероводород насыщенные минеральные растворы, которые являются сильно коррозионно-агрессивными для обычных металлических материалов. Необходимы полностью коррозионно-устойчивые сплавы повышенной прочности для различных компонентов, таких как эксплуатационные колонны насосно-компрессорных труб и их обшивка, устьевые запорно-регулирующие устройства, обсадные хвостовики, а также для корпусы устройств для составления геологического разреза скважины и пробоотборных сосудов, для результативного обращения с такими высоконапорными высокотемпературными/экстремальными высоконапорными высокотемпературными зачастую содержащими сероводород флюидами скважин.

В дополнение к таким компонентам забоев скважин, при добыче гидрокарбонатов из забоев морских скважин, необходимо рассмотреть соответствующие водоотталкивающие эксплуатационные колонны и их компоненты для целей транспортировки этих агрессивных высоконапорных высокотемпературных флюидов скважины со дна моря на морскую платформу. В дополнение к повышенной коррозионной стойкости, тенденция разработки месторождений в более глубоких и сверхглубоких водах (глубиной более 5000 футов) также требует высокопрочных и более легких морских эксплуатационных водоотделительных колонн для производства, откачки и повторного ввода, а также для проведения капитального ремонта скважины и/или спуска.

Традиционные коррозийно-устойчивые технические сплавы или CRA (коррозионно-устойчивый сплав) (например, сплавы из нержавеющей стали и сплавы на основе никеля) имеют ограниченный срок использования в таких ситуациях из-за относительно низкой прочности и более высокой плотности (то есть, сплавы с более низким коэффициентом прочности относительно коэффициента плотности).

С использованием высокопрочной стали, например, высокопрочной низколегированной стали (HSLA) с растягивающейся нагрузкой до предела текучести со значением 150-160 тыс. фунтов (тысяч фунтов на кв. дюйм) обсадные колонны могут быть слишком тяжелыми, чтобы стоять в условиях сверхглубоких морских вод при разработке глубоких морских нефтяных и газовых скважин.

В течение последних 15 лет некоторые высокопрочные титановые сплавы стали успешно применяться в энергетической промышленности благодаря различным характеристикам и свойствам, таким как высокая прочность и низкая плотность, которые обеспечивают повышение удельной прочности (т.е. к облегчение конструкций), повышение коррозионной устойчивости к осадочным содержащим хлор жидкостям (морская вода, растворы флюидов скважин), и кислотным газам, содержащим H₂S и СО₂, более низкий модуль упругости (повышенная гибкость) и отличную усталостную прочность воздуха и морской воды (необходимую для динамических компонентов морских колонн).Это включает в себя использование бета-титановых сплавов Ti-38644 (Американское общество по испытанию материалов (ASTM) Категория 19) в создании различных, скважинных систем труб, а также в скважинном оборудовании в углеводородных и геотермальных скважинах, Ti-64 ELI (Американское общество по испытанию материалов (ASTM) Категория 23: Титан) в морских буровых колоннах и Ti-64-ru (Американское общество по испытанию материалов (ASTM) Категория 29: Титан) в качестве титановых соединительных частей цепной оттяжки и стальных верхних и нижних соединений морского райзера, и в качестве оболочки для разработки гипергалинных-солевых геотермальных скважин в Солтон-Си. Совсем недавно, сплав Ti-6246 был испытан и квалифицирован для производства трубных изделий нефтепромыслового сортамента (OCTG) для высокотемпературных кислотных скважин компанией «Шеврон» (‘Chevron’).

Традиционные, коммерческие сплавы титана обладают либо: 1) относительно низкой прочностью (предел текучести при растяжении (YS) составляет 25-100 тысяч фунтов на кв. дюйм), которые обычно используются для химической, энергетической и производственных процессов; или 2) повышенной прочностью (предел текучести при растяжении (YS) составляет 110-180 тысяч фунтов на кв. дюйм) - это сплавы, предназначенные прежде всего с высоким удельным весом титана в своей массе, предназначенные для создания легких, структурно эффективных конструкций аэрокосмических летательных аппаратов и компонентов двигателей. К сожалению, в связи с ограничениями необходимости в повышении уровня устойчивости к химическим веществам, содержащим галоидные соединения, морской воде, а также к различным холодным или горячим минерализованным кислотам, эти традиционные аэрокосмические титановые сплавы с повышенной прочностью не созданы и не предназначены, чтобы противостоять локальным коррозионным повреждениям или коррозийному растрескиванию под напряжением (SCC) в хлоридных растворах на водном растворе, особенно при высоких температурах и/или в средах с низким кислотным уровнем.

Таким образом, большинство из этих сплавов обладают неприемлемо низкой ударной вязкостью в соленой воде (K_SCC) и в других хлорных жидкостях на водном растворе и не в состоянии удовлетворить требования механики касательно разрушения для сильно нагруженных компонентов.

В таблице 1 дается детальный обзор сравнения положительных свойств против рассмотренных коммерческих титановых сплавов повышенной прочности с ограничениями (предел текучести при растяжении (YS) составляет НО тысяч фунтов на кв. дюйм) и/или использованных для этих устройств для генерирования энергии. Можно видеть, что, несмотря на то, что эти три сплава соответствуют стандартам ANSI/NACE MR0175/ISO 15156 для эксплуатации в кислотных средах (Ti-64-Ru, Ti-6246, Ti-38644) имеют различные степени устойчивости к горячим хлористым соединениям/насыщенным минеральным растворам на водной основе, а также имеют ряд других важных ограничений касательно прочности (Ti-64-Ru), особенно при повышении температуры или в результате сваривания методом плавления (Ti-6246 и Ti-38644).

Компоненты сплава Ti-6246 имеют относительно низкие значения ударной вязкости (исключающее их использование в морских стояках/райзерах или при капитальном ремонте скважин и установке систем труб), которые к тому же уменьшаются еще больше при использовании данных компонентов в хлоридных средах. Хлористых Остальные четыре сплава подвергаются сильным локальным коррозийным повреждениям и коррозийному растрескиванию под напряжением в растворах с галоидными соединениями (например, хлорсодержащие жидкости), в частности, в связи с увеличением температуры, и/или в связи с ограничениями при их свариваемости.

Необходимость сваривания методом сплавки (например, газовой вольфрамовой дугой или дуговой сваркой плавящимся электродом (GMA), или плазменной сваркой) в первую очередь является обязательным требованием для изготовления морских стояков/райзеров и, возможно, для буровых компонентов, и не предназначены для использования в глубинных скважинах/компонентов трубных изделий нефтепромыслового сортамента, где как правило используются бесшовные изделия.

Попытки повышения коррозионной устойчивости различных коммерческих высокопрочных альфа-бета и бета-титановых сплавов, посредством небольших легирующих добавок металлов платиновой группы (PGM) (например, Pd или Ru) для обслуживания горячих кислотных, содержащих высокую концентрацию хлора, нефтяных или газовых скважин были исследованы и задокументированы, например, в патенте США №4,859,415, предоставленном Shida et al.

Было наглядно показано, что малые добавки Pd-Ru (менее 0.15% от массы) в состав различных высокопрочных коммерческих сплавов, таких как Ti-6A1-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Мо, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti -6246, и Ti-38644 может ощутимо повысить пороговые значения температуры для щелевой коррозии вызываемой хлористыми растворами и коррозийному растрескиванию под напряжением в условиях деаэрированных, кислотных, глубинных, насыщенных минеральными хлористыми растворами скважин с высокой температурой. Это преимущество связано с локализованным облагораживанием сплава и репассивацией этих металлов платиновой группы в горячих, уменьшающих кислотность, хлористых средах, образованной в щелях и трещинах, чтобы противостоять механизму кислотно-хлоридой анодной коррозии.

К сожалению, этот эффект облагораживания сплава с добавками металлов платиновой группы не может эффективно противодействовать/ предотвращать коррозийному растрескиванию под напряжением при более низких температурах (например, при комнатной температуре около 77°F) в среде с хлоридным раствором, где могут превалировать смешанные катодные/водородные и/или анодные механизмы повышения хрупкости. В самом деле, если титановый сплав имеет относительно высокую концентрацию алюминиевых эквивалентов (то есть, имеет высокое содержание связей Al+O) и имеет существенную альфа-два фазу легированных выделений (Ti3Al), то добавки Ru или Pd в сплав увеличат вероятность коррозийного растрескивания под напряжением хлорида и производят низкие значения K_SCC. За исключением (бета) сплава Ti-38644, перечисленные ранее сплавы, все остальные упомянутые коммерческие альфа-бета сплавы имеют низкую вязкость разрушения (значения K_SCC) в газированной или деаэрированной морской воде и растворов в широком температурном диапазоне.

Этого негативного эффекта от добавления металлов платиновой группы можно избежать путем добавления незначительного количества Ru или Pd к титановому сплаву с низкой алюминиевой эквивалентностью (низкое содержание связей Al+O), такому как Ti-3A1-2.5V (Категория 9 Титан) или Ti-6A1-4V ELI (Категория 23 Титан), чтобы создать соответственно Категории 28 и 29, Титан согласно Американскому обществу испытаний материалов; которые имеют вязкость при разрушении соленой водой (т.е. высокие значения K_SCC). К сожалению, уменьшение содержания в сплаве Al+O является достаточным, чтобы свести к минимуму или избежать выделений альфа-два, а также приводит к уменьшению в альфа или альфа-бета сплавах относительной прочности (YS составляет менее 110 тысяч фунтов на кв. дюйм).

Как показано в таблице 1, несмотря на то, что сплав Ti-6A1-4V-Ru (Американское общество испытаний материалов Категория 29) обладает высокой свариваемостью, изломостойкостью и исключительной стойкостью к коррозии горячим солевым раствором с температурой 600°F, спроектированный более низкий предел текучести данных сплавов (YS) составляет 110 тысяч фунтов на кв. дюйм и значительная деградация YS с повышением температуры (например, 78 тысяч фунтов на кв. дюйм при 500°F) выливается в существенное увеличение толщины стенки и веса трубы, в частности, если температура скважин типа НРНТ/ХНРНТ превышает ~300°F. B таблице 1 приведены различные коммерческие альфа-бета-титановые сплавы повышенной прочности (более высоколегированные), имеющие минимальное значение YS на уровне 130 тысяч фунтов на кв. дюйм в полностью трансформированном-бета плюс STA состоянии, и проявляющие ограниченную свариваемость методом сплавления.

В то время как в таблице 1 показано, что сплав Ti-662 имеет некоторые желательные характеристики, этот классический аэрокосмический сплав демонстрирует очень плохую/ограниченную стойкость к локальным коррозионным атакам и коррозионному растрескиванию под напряжением (т.е. имеет низкий K_SCC) в водной хлоридной среде, особенно при повышении температуры. Кроме того, Ti-662 номинально содержит Fe и Cu в размере 0,6% от массы (для увеличения прочности после старения), что может привести к существенной элементарной микро- и макро-сегрегации/неоднородности при плавлении больших слитков, необходимых для компонентов энергетической промышленности. Как следует из Таблицы 1, авторы не знают о каких-либо предварительных коммерчески-доступных титановых сплавов с более высокой прочностью, которые отвечают различным желательным критериям для успешного использования в области добычи энергии.

В одном из вариантов, титановый сплав может состоять преимущественно из алюминия - от 5,0 до 6,0% от массы; циркония - от 3,75 до 4,75% от массы; ванадия - от 5,2 до 6,2% от массы; молибдена - от 1,0 до 1,7% от массы, один из палладия, палладия - от 0,04 до 0,20% от массы и рутения - от 0,06 до 0,20% от массы; и балансового титанового остатка.

В другом варианте, метод может включать в себя следующие этапы обеспечения компонента, выполненного из титанового сплава, состоящего преимущественно из алюминия - от 5,0 до 6,0% от массы, циркония - от 3,75 до 4,75%, ванадия - от 5,2 до 6,2% от массы, молибдена - от 1,0 до 1,7%, один из палладия, палладия - от 0,04 до 0,20% от массы и рутения - от 0,06 до 0,20% от массы, и балансового титанового остатка; и работу или поддержание производства и/или системы разработки, содержащей компонент, в то время как сам компонент находится в контакте с водной хлоридной средой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Один или несколько выборок вариантов изложены в нижеследующем описании, и могут быть отображены на чертежах и, в частности, четко указаны, и изложены в прилагаемой формуле изобретения.

На Фиг.. 1 представлен график, показывающий относительное легирующие содержание альфа (эквивалентность алюминия) против содержания бета (эквивалентность молибдена) X сплава Ti (как определено ниже) по сравнению с другими коммерческими сплавами титана.

На Фиг. 2 представлен график, показывающий предел текучести пластины толщиной 0,5'' из сплавов серии #1-5 при комнатной температуре (подробно описано ниже) при BA-SC и ВА-АС с условиями STA.

На Фиг. 3 представлен график, показывающий изломостойкость против предела текучести для пластин из серии #1-4 в воздухе и в морской воде.

На Фиг. 4 представлен график, показывающий интенсивность коррозии для серии титановых сплавов #1-5 предела нагрева листа обычного металла, который подвергся воздействию кипящего 2% раствора соляной кислоты для предварительного рассмотрения относительного уменьшения стойкости к горячему хлорангидриду.

На Фиг. 5 представлен график, показывающий скорость корродирования обычного и свариваемого металла в кипящем 2% растворе соляной кислоты для сплавов серии #1-4 в сравнении с Категорией 29: Титан.

На Фиг. 6 представлен график, показывающий ударную вязкость листа свариваемого металла, после послесварочной термообработки из сплава серии #1-4.

На Фиг. 7 представлен график, показывающий сравнительные профили скорости корродирования для X сплава Ti-Pd и -Ru против Категории 29 Титан и Ti-6246 в кипящем разбавленном растворе соляной кислоты.

Фиг. 8 представляет собой схему, иллюстрирующую процесс морского бурения и систему разработки.

Фиг. 9 представляет собой схему, иллюстрирующую процесс наземного бурения и систему разработки.

На Фиг. 10 показан общий вид оборудования для разработки скважины.

На Фиг. 11А представлен широкий изометрический вид сегмента трубы безрезьбового типа или трубчатый элемент, который не может быть отображен иллюстрацией в полном масштабе.

На Фиг. 11В представлена вторая часть вида изометрического вида сегмента трубы безрезьбового типа, представленного на Фиг. 11А, которые соединяются с помощью сварки и который не может быть отображен иллюстрацией в полном масштабе.

На Фиг. 11С представлен широкий изометрический вид сегмента трубы резьбового типа или трубчатый элемент, который не может быть отображен иллюстрацией в полном масштабе.

Одинаковые номера относятся к соответствующим частям всех чертежей.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

В целом, варианты создания настоящего сплава могут содержать или состоять по существу из алюминия (Al) - от 5,0 до 6,0% от массы, циркония - (Zr) - от 3,75 до 4,75% от массы, ванадия (V) - от 5,2 до 6,2% от массы, молибдена (Мо) - от 1,0 до 1,7% от массы, один из палладия, палладия (Pd) - от 0,04 до 0,20% от массы и рутения (Ru) - от 0,06 до 0,20% от массы, и балансового титанового остатка (Ti) с некоторыми случайными примесями. Процентное соотношение других различных элементов, которые могут быть включены в различные методы создания настоящего сплава, описываются более подробно ниже. Если не указано иное, все процентные соотношения в данном описании приведены в массе или массовых долях (мас. %).

Титановый сплав может содержать алюминий (Al) - от 5,0 до 6,0%, от 5,1 до 5,9%, от 5,2 до 5,8%, от 5,3 до 5,7%, от 5,4 до 5,6% от массы, и в одном из вариантов доля алюминия может быть около 5,5% от массы. В более общем смысле, сплав может содержать алюминий в количестве весовых долей, образованных между любыми двумя из чисел 5,0, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9 и 6,0. В качестве не ограничивающего примера, сплав может содержать алюминий в диапазоне от 5,1 до 5,8% от массы, или от 5,3 до 5,7% от массы, или от 5,0 до 5,5% от массы, или от 5,0 до 5,4% от массы, или 5,6 до 5,9% от массы, и т.д.

Титановый сплав может включать цирконий (Zr) - от 3,75 до 4,75% от массы, или от 3,8 до 4,7% от массы, или от 3,9 до 4,6% от массы, или от 4,0 до 4,5% от массы, или от 4,1 до 4,4% от массы, или от 4,1 до 4,3% от массы, и в одном из вариантов может быть около 4,25% от массы. В более общем смысле, сплав может содержать цирконий в количестве весовых долей, образованных между любыми двумя из чисел 3,75, 3,8, 3,9, 4,0, 4,1, 4,2, 4,25, 4,3, 4,4, 4,5, 4,6, 4,7 и 4,75. В качестве не ограничивающего примера, сплав может включать цирконий в диапазоне от 3,8 до 4,6% от массы, или от 3,9 до 4,5% от массы, или 4,25 до 4,7% от массы, или 3,75 до 4,4% от массы, или 4,3 до 4,6% от массы, и т.д.

Титановый сплав может содержать ванадий (V) от 5,2 до 6,2% от массы, или от 5,3 до 6,1% от массы, или от 5,4 до 6,0% от массы, или от 5,5 до 5,9% от массы, или от 5,6 до 5,8% от массы, и в одном из вариантов может быть около 5,7% от массы. В более общем смысле, сплав может содержать ванадий в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6,0, 6,1 и 6,2, таким образом, что конкретные примеры будут понятны из условий не ограничивающих примеров, описанных выше для алюминия и циркония.

Титановый сплав может содержать молибден (Мо), от 1,0 до 1,7% от массы, или от 1,1 до 1,5 или 1,6 или 1,7% от массы, или от 1,2 до 1,3 или 1,4% от массы, и в одном методе создания может составлять около 1,25% от массы. В более общем смысле, сплав может содержать молибден в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6 и 1,7, таким образом, что конкретные примеры будут понятны из условий не ограничивающих примеров, описанных выше для алюминия и циркония.

Титановый сплав может включать в себя один из палладия, палладия (Pd), от 0,04 до 0,20% от массы и рутений (Ru), от 0,06 до 0,20% от массы. Титановый сплав может включать палладий (Pd) от 0,04 или 0,05 до 0,07 или 0,08, или 0,09, или 0,10, или 0,11, или 0,12, или 0,13, или 0,14, или 0,15, или 0,16, или 0,17, или 0,18, или 0,19, или 0,20% по весу, и в одном варианте создания может составлять от около 0,06% от массы. В более общем смысле, сплав может включать палладий в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,10, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19 и 0,20% от массы, как будет понятно из условий приведенных выше не ограничивающих примеров.

Титановый сплав может включать рутений (Ru) от 0,06 или 0,07 или 0,08 до 0,10 или 0,11 или 0,12, или 0,13, или 0,14, или 0,15, или 0,16, или 0,17, или 0,18, или 0,19, или 0,20% по весу, и в одном варианте осуществления может составлять около 0,09% по весу. В более общем смысле, сплав может содержать рутений в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,10, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19 и 0,20% по весу, как будет понятно из условий приведенных выше не ограничивающих примеров.

Может быть, что титановый сплав содержит не более 0,25% железа (Fe) от массы, и может содержать железо от 0,0 или 0,01 или 0,02 до 0,25% от массы, или от 0,03 или 0,04 или 0,05 до 0,24% от массы, или от 0,06 или 0,7 или 0,08 до 0,23% от массы, или от 0,09 или 0,10 до 0,20, или 0,21, или 0,22% от массы, или от 0,11 до 0,19% от массы, или от 0,12 до 0,18% от массы, или от 0,13 до 0,17% от массы, или от 0,14 до 0,16% от массы, и в одном варианте создания может составлять около 0,15% от массы. В более общем смысле, сплав может содержать железо в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,0, 0,01, 0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,10, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19, 0,20, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24 и 0,25, как будет понятно из условий, приведенных выше примеров.

Кислород, азот, углерод, водород и бор могут быть элементами внедрения в сплав. Может получится так, что титановый сплав содержит в себе не более 0,13% кислорода (О) от массы, и в одном варианте создания доля может составлять около 0,10% от массы. Может получится так, что титановый сплав может содержать в себе не более 0,05% азота (N) от массы. Может быть, что титановый сплав содержит не более 0,03% углерода (С) от массы. Может быть, что титановый сплав содержит в себе не более 0,015% водорода (Н) от массы. Может быть, что титановый сплав содержит не более 0,015 массовой доли Бора (В) и может включать в себя бор по весу не более 0,010, 0,009, 0,008, 0,007, 0,006, 0,005, 0,0045, 0,004, 0,0035, 0,003, 0,0025, 0,002, 0,0015, 0,001, 0,0005, 0,0004, 0,0003, 0,0002 или 0,0001%.

Титановый сплав может включать титан (Ti) в диапазоне от приблизительно 75,0 или 76,0 или 77,0 или 78,0 или 79,0 или 80,0 или 81,0 до 83,0 или 84,0, или 85,0% от массы, и в одном варианте создания может быть в диапазоне от около 80,5 до примерно 84,8% от массы, и может быть около 82,9% от массы. В более общем смысле, сплав может включать титан в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел, указанных выше в данном пункте.

Может быть так, что титановый сплав содержит в себе не более 0,20 массовой доли Иттрия (Y), и может содержать иттрий по массе не более 0,15, 0,10, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,015, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать иттрий в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,20, 0,15, 0,10, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,015, 0,01,0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть так, что титановый сплав содержит не более 0,10 массовой доли Кремния (Si), и может содержать кремний по весу не более чем 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%, Сплав может содержать кремний в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,10, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02,0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть так, что титановый сплав содержит олово (Sn) не более 1,0% от массы и может включать в себя олово по весу не более чем 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05 или 0,01%. Сплав может содержать олово в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 1,0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,01 и 0,0. Если сплав содержит палладий в количестве, указанном выше, то может включать в себя олово по весу не более чем 0,25, 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%, и может включать в себя олово в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,25, 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005,0,001 и 0,0.

Может быть, что титановый сплав содержит не более 0,25 массовой доли Хрома (Cr), и может содержать хром по весу не более 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать хром в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,25, 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02,0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть, что титановый сплав содержит в себе не более 0,25 массовой доли Марганца (Mn), и может содержать марганец по массе не более 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать марганец в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,25, 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05,0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть так, что титановый сплав содержит в себе не более 0,20 массовой доли Цинка (Zn) и может включать в себя цинк по массе не более 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать цинк в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03,0,02, 0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть, что титановый сплав содержит в себе не более 0,20 массовой доли Меди (Cu), и может содержать меди по весу не более 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать медь в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02,0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть, что титановый сплав содержит в себе не более 0,20 массовой доли Никеля (Ni), и может содержать никель по массе не более 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать никель в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02,0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть, что титановый сплав содержит в себе не более 0,20 массовой доли Кобальта (Со), и может содержать кобальт по массе не более 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать кобальт в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть, что титановый сплав содержит не более 0,5 массовой доли Вольфрама (W), и может содержать вольфрам по весу не более чем 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать вольфрам в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005, 0,001 и 0.0.

Может быть, что титановый сплав содержит не более 1,0 мас. % Гафния (Hf), и может содержать гафния по весу не более чем 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05 или 0,01%, Сплав может содержать гафний в диапазоне весовых процентах, образованном между любыми двумя из чисел 1,0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,01 и 0,0.

Может быть, что титановый сплав содержит в себе не более 2,0 массовой доли Тантала (Та), и может содержать тантал по весу не более чем 1,9, 1,8, 1,7, 1,6, 1,5, 1,4, 1,3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05 или 0,01%. Сплав может содержать тантал в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 2,0, 1,9, 1,8, 1,7, 1,6, 1,5, 1,4, 1.3,1.2, 1.1,1.0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3,0,2, 0,1, 0,05, 0,01 и 0,0

Может быть, что титановый сплав содержит не более 2,0 массовой доли Ниобия (Nb) и может включать в себя ниобий по весу не более чем 1,9, 1,8, 1,7, 1,6, 1,5, 1,4, 1,3, 1.2, 1.1, 1.0, 0.9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05 или 0,01%. Сплав может включать ниобий в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 2,0, 1,9, 1,8,1,7, 1,6,1,5,1,4,1.3, 1.2,1.1,1.0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,01 и 0,0

Может быть, что титановый сплав содержит не более 0,20 массовой доли Церия (Се), и может содержать церий по массе не более 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005 или 0,001%. Сплав может содержать церий в диапазоне весовых долей, образованном между любыми двумя из чисел 0,2, 0,15, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05,0,04, 0,03, 0,02, 0,01, 0,005, 0,001 и 0,0.

Может быть, что настоящий титановый сплав может включать в себя общее количество какого-либо одного элемента, кроме титана, алюминия, циркония, ванадия, молибдена, железа, кислорода, азота, углерода, водорода, палладия и рутения (или любое подмножество указанных элементов) в количестве, которое по весу не более, чем 1,0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,04, 0,03, 0,03, 0,02 или 0,01%. Кроме того, может быть так, что настоящий титановый сплав может включать в себя общее количество любого элемента, указанного в периодической таблице, за исключением тех элементов, которые конкретно рассматриваются в настоящем документе, в количествах, которые имеют вес не более чем 1,0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,04, 0,03, 0,03, 0,02 или 0,01%.

Кроме того, может быть так, что настоящий титановый сплав может включать в себя некоторое общее количество комбинаций всех элементов в сплаве, кроме титана, алюминия, циркония, ванадия, молибдена, железа, кислорода, азота, углерода, водорода, палладия и рутения (или любого иного подмножества указанных элементов), в количестве, которое по весу не более, чем 1,0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,04, 0,03, 0,03, 0,02 или 0,01%. Также, может быть так, что настоящий титановый сплав может включать в себя общее количество комбинаций всех элементов в сплаве, перечисленных в периодической таблице, отличных от тех элементов, которые конкретно рассматриваются в настоящем документе в количествах, которые имеют вес не более чем 1,0, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,05, 0,04, 0,03, 0,03, 0,02 или 0,01%. Ссылка на периодическую таблицу элементов включена в данное описание для краткости и каждый элемент был перечисленный специально по имени в настоящем документе непосредственно из нее.

Варианты создания настоящего сплава (которые могут быть описаны в различных местах в этом документе как "X сплав Ti"), могут быть термообработанными альфа-бета-титановыми сплавами, которые имеют более высокую прочность, высокую стойкость к коррозии и высокую изломостойкость, являются устойчивыми к различным воздействиям и отлично свариваются методом сплавления, и подходит для извлечения энергии из скважин типа НРНТ/ХНРНТ. Состав одного из вариантов X сплава Ti показано в таблице 2, хотя композиция более широко описывается выше. X сплав Ti может иметь в себе основные свойства, перечисленные в таблице 3, и соответствует конкретным критериям эффективности, приведенным в таблице 4, которые отражают различные желательные свойства для сплава касательно различных областей применения, связанных с добычей энергии.

С точки зрения альфа-бета легирующего элементарного баланса, X сплав Ti может иметь в себе больше бета-содержания (для более высокой прочности), но меньше альфа-содержания (для улучшения K_SCC), чем стандартные сплавы Ti-6A1-4V, как показано на Фиг. 2. Настоящий состав сплава может также проявлять минимальную склонность к элементарной микро- и макро-сегрегации во время вакуумной плавки, позволяя таким образом получать очень большие, относительно однородные слитки, часто используемые при производстве компонентов для сферы извлечения энергии.

Вариантом реализации настоящего титанового сплава может быть двухфазный титановый сплав типа альфа-бета, который имеет микроструктурные параметры (например, бета-трансформированное состояние), чтобы оптимизировать вязкость разрушения, что может быть желательным, чтобы обеспечить полезную стойкость к разрушению в некоторых условиях добычи энергии.

Вариант реализации настоящего сплава может иметь в себе определенное количество эквивалентности алюминия и эквивалентности молибдена. Эквивалентность алюминия (Al эквив.) представляет собой чистую альфа-стабилизирующую элементную потенцию в титановом сплаве в соответствии с уравнением (1).

Эквивалентность молибдена (Mo эквив.) представляет собой "бета-эквивалентность" или чистую потенцию стабилизирующих элементов бета-фазы в сплаве в соответствии с уравнением (2).

Уравнение (1) также может быть трактовано как эквивалентность алюминия = % веса алюминия в сплаве + (0,33) (% олова от массы в сплаве) + (0,17) (% циркония от массы в сплаве) + (10,0) (% веса кислорода в сплаве). Уравнение (2) также может быть трактовано как эквивалентность молибдена = % веса молибдена в сплаве + (0,67) (% веса ванадия в сплаве) + (2,5) (% железа от массы в сплаве). Варианты осуществления настоящего сплава могут иметь эквивалентность алюминия, которая не может быть менее 7,5 и которая должна быть по меньшей мере 6,5, и эквивалентность молибдена, которая может быть не более чем 5,9 или 6,0, и которая должна быть по меньшей мере 5,0.

Варианты создания настоящего титанового сплава могут иметь общую устойчивость к кислотной коррозии от горячего раствора хлористого кальция с температурой по меньшей мере 550°F и быть полностью устойчивыми к щелевой коррозии из-за воздействия сладких или кислых насыщенных минеральных растворов, в условиях, газированных или деаэрированных скважин (сварочное железо и свариваемый металл). В общем, настоящий сплав может иметь хорошую свариваемость, если речь идет об использовании сварки методов плавления, обладать достаточной пластичностью сварных соединений и эксплуатационной живучестью непосредственно после сварки, и обеспечивает полезный баланс инженерно-технических свойств сварочного металла, после сверочной термообработки. В некоторых вариантах создания, настоящий сплав может иметь плотность при комнатной температуре не более, чем 0,165 фунт/дюйм3; модуль упругости при комнатной температуре не более 17,0 млн фунтов на квадратный дюйм; предел текучести при комнатной температуре, составляющий по меньшей мере 125, 130, 135,140 или 145 тысяч фунтов на кв. дюйм и который может быть в диапазоне от 125 или 130 до 145 или 150 тысяч фунтов на кв. дюйм; предел текучести при температуре 500°F, которая составляет по меньшей мере 90, 95, 100 или 105 тысяч фунтов на кв. дюйм и который может быть в пределах от 90 или 95 до 105 или 110 тысяч фунтов на кв. дюйм; и скорость коррозии в кипящей 2% соляной кислоте не более, чем 20 милов в год.

В некоторых вариантах создания, настоящий сплав может не иметь местной щелевой коррозии, после того, как сплав был погружен на 60, 70, 80 или 90 дней в естественную, насыщенную кислородом морскую воду, которая имеет рН=3 и с поддержанием температуры на уровне 500-550°F в течение 60, 70, 80 или 90 дней.

В некоторых вариантах создания, настоящий сплав может иметь изломостойкость при комнатной температуре на воздухе или в соленой морской по меньшей мере 50, 55 или 60 тысяч фунтов на кв. дюйм, а в некоторых вариантах создания, после того, как после проведения послесварочной термообработки данный сплав может иметь изломостойкость при комнатной температуре на воздухе по меньшей мере на уровне 50 или 55 тысяч фунтов на кв. дюйм. Изломостойкость может быть определена в соответствии со стандартом ASTM Е399-12 (Стандартный метод испытания для линейно-упругой, плоско-деформированной изломостойкости и определения критического коэффициента интенсивности напряжений или вязкости при разрушении металлических материалов) и стандартом ASTM El820-13 (Стандартный метод испытания для измерения изломостойкости).

В некоторых вариантах создания, в состоянии после сварки (т.е. без последующей термической обработки сварного шва) данный сплав может иметь относительное удлинение при комнатной температуре на воздухе, по меньшей мере на 2,0%, и в случае последующей после сварной термической обработке сварного шва, настоящий сплав может иметь относительное удлинение при комнатной температуре в воздухе, по крайней мере на 4,0%.

ИСПЫТАНИЯ

На данном сплаве и на ряде других титановых был выполнен ряд различных испытаний. Для этой цели, для оценки была подготовлена матрица из двадцати одного небольшого (250 грамм) плазменного button heat и в дальнейшем семнадцать нагретых двойных слитков вакуумно-дугового переплава с весом в 60 и 120 фунтов с содержанием Ti-Al-V - (Sn и/или Zr)-(c или без Mo)-(Ru или Pd). Номинальные составы и соответствующие Al- и Mo-эквивалентности для этих разогретых вариантов сплава представлены в таблицах 5 и 6. Эти plasma button и слитки вакуумно-дугового переплава подразделены на следующие серии пять серий сплавов:

Серии #1: Ti-Al-V-Sn-(Ru)

Серии #2: Ti-Al-V-Sn-Mo-(Ru)

Серии #3: Ti-Al-V-Zr-(Pd)

Серии #4: Ti-Al-V-Zr-Mo-(Pd or Ru)

Серии #5: Ti-Al-V-Zr-Sn-Mo-(Ru)

250 граммовые слитки были бета плюс альфа/бета, после прокатки до листа толщиной 0,11 дюйма, а также бета-отожженые и окончательные альфа/бета-отожженные (1400°F-2ч-медленное охлаждение), чтобы обеспечить преобразование листа сплава в полностью преобразованный-бета плюс аустенизазиция + полувозрастные (STA) условия для тестирования. В двойных слитках вакуумно-дугового переплава были бета-плюс альфа/бета кованные в плиты толщиной до 1,25, а затем альфа/бета подданные горячей прокатке до состояния пластин толщиной 0,25-1,0 дюйма для термообработки и испытаний. Термообработка плиты, как правило, состоит из трех этапов:

1. Бета отжигают (ВА) при температуре 1800°F в течение 20 минут, затем охлаждают струей воздуха (скорость охлаждения AC ~ 13°F/сек) или медленнее на прохладном воздухе между двумя 0,5-дюймовыми стальными пластинами (скорость охлаждения SC ~ 1.8 Т/сек).

2. Промежуточный альфа/бета отжиг (т.е. аустенизация при 1300-1600°F) в течение 1-4 часов, а затем охлаждение на воздухе (скорость охлаждения ~ AC 12°F/сек) или медленнее при охлаждении на воздухе между двумя 0,5-дюймовыми стальными пластинами (скорость охлаждения SC ~ 1.2°F/sec).

3. Спелость достигается при температуре в 1000°F в течение 4-12 часов и затем охлаждение струей воздуха (АС).

Все листы сварочного железа и материалы плит должны быть должным образом обточены, после окончательной термообработки, а также должен быть проведен химический анализ для проверки номинального состава композиций. Сварка листов и плит. Некоторые из изготовленных 0,11 дюймовых листовых панелей и 0,375 дюймовых кусков плит были сварены машинной сваркой вольфрамовым электродом в газовой среде, чтобы позволить провести оценку свариваемого металла и соединений сварных швов. К обеим поверхностям листовых панелей были применены полноценные проникающие сварные швы. Послесварочная термообработка (ПСТО) происходила при температуре в 1400°F, в течение 2-х часов, а затем послеживало медленное охлаждение на открытом воздухе (SC) между двумя 0,5 дюймовыми стальными пластинами.

К плитам была применена многократная сварка стыковых соединений при помощи машинной сваркой вольфрамовым электродом в газовой среде, при которой постоянно подавались тонкие металлические полоски присадочного металла. В общей сложности, было сделано четыре прохода, чтобы приварить стыки плит толщиной 0,375. Эти приваренные в стыки панели были в последствие, подданы послесварочной термической обработке при температуре 1400°F или 1450°F в течение 1,5 часа, а затем медленно охлаждены до 1000°F, а затем выдержаны при температуре 1000°F на протяжении 4 часов для испытания сварочного металла.

Специальные испытания. Были проведены механические испытания и корродионные испытания, перечисленные ниже:

Предоставленные результаты проверки скорости коррозии в кипящем разжиженном HCl демонстрируют метод получения относительной устойчивости титанового сплава как к щелевой, так и коррозии под напряжением в горячей воднохлористой среде. Характеристики уровня коррозии в разжиженном HCl были получены на опыте и соответствуют известным показателям сопротивления титанового сплава в горячих растворах.

Заключение Исследования Свойств

Все пять серий сплавов были протестированы согласно свойствам сплавов, указанным в Таблице 4.

Микроструктура: Полностью трансформированные экспериментальные микроструктуры являлись преимущественно тонкими пластинками плетеной структуры для ВА-АС (обожжение - охлаждение воздухом) + STA свойства и смешанное плетение + колониальная структура для условий медленного охлаждения BA-SC+STA. Добавление ≥1.2% Мо уменьшило GBA (площадь границы гранул) и размер пластинок, и увеличило объемную долю плетеной структуры в условиях BA-SC (обожжение + медленное охлаждение) таким образом увеличивая прочность сплава с минимальной редукцией в изломостойкости.

Выделенная прочность.

a. Лист: Все варианты сплава соответствуют ВП (выделенной прочности) 130 кфунт/дюйм² мин. и 145 кфунт/дюйм² мин UTS с минимальной разницей показателей в сериях #1-4. Такой эффект возникает из-за сравнительно высоких показателей охлаждения листа воздухом, достигнутых при тестировании усиления обжига и окисления большей прочности.

b. Лист: ВП_RT/ВП_500°F были около 0.78 и UTS_RT/UTS_500°F около 0.82 для всех серий, таким образом соответствуя уровню минимальной жаропрочности.

c. Пластина: По прочности на растяжении при комнатной температуре, указанной в Таблице 7 и значениям выделенной прочности, графически представленными на Фиг. 2, были сделаны следующие наблюдения:

Только сплавы серий #4 и #5 соответствуют минимальному критерию ВП 130 кфунт/дюйм² во всех трех финальных температурных испытаниях (ВА-АС и BA-SC плюс окисление) отмеченных на Фиг. 2. Хотя другие серии (#1-3) соответствуют необходимой ВП при условиях ВА-АС + 1400°F - AC + Окисление и BA-SC + 1400°F - AC + Окисление (т.е. при охлаждении воздухом на скорости >8 гр. F/сек от 1400°F обжига), в условиях медленного охлаждения BA-SC + 1400°F - SC + Окисления, серии #1-3 не соответствуют необходимой выделенной прочности. Это подразумевает, что состав Серии #4 более прочен, чем состав других серий сплава, что является необходимым для достижения минимальной силы в массивных секционных компонентах.

d. Пластина: Увеличение состава экспериментального сплава (т.е. эквив. молибдена) наиболее существенно увеличивает силу. При эквивалентности молибдена >5.0 достигается минимальная сила (2А, 3А). Тем не менее, эквивалентность молибдена ≥5.9 или 6.0 производит увеличенную силу со значительно пониженной пластичностью после быстрого охлаждения ВА-АС + STA (4D, 4F), из чего можно заключить, что недопустимо низкая пластичность и прочность могут ожидаться в сварных соединениях, где происходит быстрое остывание каждого сварного прохода.

e. Пластина: Состав алюминия >5.2 вес % соответствует мин. ВП (1А против 1В, 2А против 2С, 4В против 4С, 4G, 4Н, 4J, 4K, 4N).

f. Пластина: Увеличение содержания Zr с 3.7% до 4.5% значительно увеличило силу (3С против 3В) и гарантирует силу превосходящую эквивалент (2:1, Zr:Sn) содержание Sn (4С против 2С, 3С против 2С) или комбинацию эквивалента Sn/Zr (4Е против 5А).

g. Пластина: Несмотря на то, что 0.7% Мо имело малое воздействие на силу, содержание Мо≥1.2% значительно увеличило силу (3С, 4А против 4С, 4G, 4Е, 4K, 4N, 40).

h. Пластина: Добавление 0.7-2.0% Мо добавок значительно улучшило растяжение материала в Серии сплава #2 (2В против 1В).

i. Пластина: ВП_RT/ВП_500°F была около 0.72 и UTS_RT/UTS_500°F около 0.81 для всех серий, демонстрируя небольшой эффект Zr, Sn, или Мо вариаций. Таким образом, параметры жаропрочности были достигнуты при достижении минимальной ВП ≥130 кфунт/дюйм².

Пластичность.

Пластина: Пластичность превысила заданную 6% минимальное удлинение во всех сериях сплава и при всех температурных экспериментах, где была достигнута ВП 145 кфунт/дюйм². По сравнению с Серией сплава #2, Серия #4 оказалась более готовой к температурной обработке с меньшим, но желаемым силовым показателем и более высокой пластичностью после обработки ВА-АС (охлаждение воздухом) + STA (4С против 2С).

Вязкость на излом. Пластина в состоянии полной трансформации плюс обработки раствором и окислении (STA) (BA-SC+STA или ВА-АС+STA) как показано в сравнении с силой на Фиг. 2 при воздухе комнатной температуры и в природно-газированной морской воде:

a. Как указано на Фиг. 3, все пять серий сплава в основном соответствуют показателю 60 кфунт/дюйм² в минимальном показателе К в воздухе и морской воде комнатной температуры до ВП приблизительно 140 кфунт/дюйм².

b. Серия #4 (содержащая Zr-Mo) сплава обладает немного более высокими К-показателями в воздухе и морской воде, чем Серии #1-3 сплава при схожих показателях прочности.

c. Соответствие минимуму К в морской воде (K_SCC) не было достигнуто при эквивалентности Al ≥7.5 [т.е. недопустимо высокая восприимчивость к коррозионному растрескиванию в кислом соляном растворе] (2D).

d. Минимальный K_SCC в морской воде не был достигнут при эквивалентности молибдена ≥5.9 или 6.0, когда выделенная прочность превысила 135 кфунт/дюйм² (4D). Увеличение эквивалентности молибдена до ≥5.9 или 6.0 усиливает восприимчивость к коррозионному растрескиванию (4D, 4F) и порождает более низкую прочность и межзерновой тип разрушения.

e. K_SCC сравнительно не подвергся влиянию при содержании Мо <1.7%, но немного ухудшился при 1.7% Мо (2D, 4Е).

f. Содержание Мо ≥0.7% в Серии #4 сплава увеличило пропорцию межзернового и транскристаллического типов разрушения в воздухе и морской воде, со склонностью к понижению прочности. Этот эффект во многих случаях до определенной степени был устранен увеличением времени окисления (4→12 часов).

д. Подобный низкий уровень восприимчивости к коррозионному растрескиванию в кислом соляном растворе был отмечен для всех вариантов пяти серий сплава, благодаря чему K_{SCC(морск. вода)}/K_воз. показатель оказался в промежутке 0.8-1.0 (обычно 0.87) при выделенной прочности ≤142 кфунт/дюйм².

Скорость коррозии в кипящем растворе HCl.

Лист. При применении максимально возможной скорости коррозии 20 миль или милли-дюймов в год (мдг) в кипящем 2% HCl, были сделаны следующие наблюдения, полученные на основе скорости коррозии образца термической плазменной заготовки Серий #1-5 для условий, указанных на Фиг. 4:

a. Допустимые варианты сплава:

- Серия #3 и 4 с Pd

- Серии #1, 3, и 4 c Ru

- Серия #2 с Ru, только при Мо ≤0.5%

- Серия #5 с Ru, но без Мо

b. Недопустимые варианты сплава:

- Серии #1 и 2 с Pd

- Серия #2 с Ru, при Мо≥1.0%

c. Наиболее низкая скорость коррозии была достигнута в палладийсодержащих Сериях #3 и 4 сплава, демонстрируя показатели близкие к ASTM Стандартам 24 (23Р) и 29 Ti (Ti-29).

d. Недопустимая, повышенная скорость коррозии наблюдается при содержании Sn ≥0.5% и Pd в титановых сплавах.

e. Увеличение содержания Мо препятствует этому особо разрушительному, увеличивающему коррозию воздействию соединения Sn+Pd. Тем не менее, при уровне Мо более 1.2% необходимо достигнуть ≤20 мдг.

f. При отсутствии Мо, Серия #1 сплава с Ru имела немного более низкие показатели, чем Серия #3 с Ru.

g. Увеличение содержания Мо способствует увеличению показателей как в Серии #2 (Sn-Mo) с Ru, так и в Серии сплава #4 (Zr-Mo) с Ru.

h. Увеличение содержания Мо до 1.2% не имеет значительного эффекта на показатели Серии сплава #4 (Zr-Mo) с Pd.

Пластина. Согласно результатам этого образца, были созданы последующие double-VAR составы серий #1-5 (Таблица 6) во избежание вредоносности соединения Sn+Pd. Соответствующая скорость коррозии для всех серий образцов сплава графически сравнена на Фиг. 5, демонстрируя следующие сведения относительно цели ≤20 мдг:

a. Допустимые варианты сплава:

- Серии #3 и 4 с Pd

- Серии #1 и 4 с Ru

b. Недопустимые варианты сплава:

- Серия #2 с Ru

- Серия #4 с Ru и эквивалентностью Мо >5.9 (4D)

- Серия #5 с Ru при Мо≥1.7% (5 А)

c. Как и с листом, самые низкие показатели были достигнуты в палладийсодержащих Сериях сплава #3 и 4, демонстрирующих показатели близкие к 29 Ti.

d. Увеличение содержания Мо до 1.7% возымело небольшой эффект на показатели Серии #4 с Pd.

e. Скорость коррозии Серий #1-4 не получила значительного влияния финальными вариациями термовоздействий, таких как BA-SC против ВА-АС или последующими изменениями параметров финальных STA.

Сваренная Металлическая Пластина. Схожий эксперимент на скорость коррозии в кипящем 2 вес % HCl был проведен на послесварочных термообработанных кованных пластинах, результаты сравнены с соответствующим базовым металлом на Фиг. 5. Были сделаны следующие наблюдения:

a. Скорость коррозии сваренного металла примерно равносильна склонности базового металла, но имеет скорость на несколько мдг больше, чем соответствующий металл, в большинстве случаев. Соответственно, Серии #3 и #4 с Pd регулярно показывают самые низкие показатели, которые были всего немного выше Показателя 29 Ti.

b. Два исключения включают Серию сплава #1 с Ru (1А), где ковка продемонстрировала показатели вдвое выше базового металла, и Серии #4 с Ru (4D), которая показала предельное падение уровня коррозии относительно базы.

Устойчивость к Щелевой Коррозии.

60-дневная высокотемпературная щелевая проба в природногазированной pH3 морской воде была проведена на пластинах Серий сплава #1-4 содержащих Ru, и Сериях #3 и 4 сплава, содержащих Pd. Все пробы образцов при температуре 500°F не выявили значительного воздействия на потери в металле или локализированных атак на щелевых или нещелевых поверхностях. Последующая 60-дневная щелевая проба в pH3 морской воде при температуре 550°F на термической плазмовой заготовке листа Серии сплава #4 с Ru или Pd показали, что локализованная щелевая атака была предотвращена для сплавов с ≥0.04 вес. % Ru или ≥0.03 вес. % Pd.

Устойчивость к Коррозионному Растрескиванию (УКР) в Кислом Соляном Растворе.

Пластины Серий сплава #1-4 были протестированы согласно NACE ТМ 0198-2011 (Испытание при малой скорости деформации для проверки коррозиустойчивых сплавов к Коррозионному Растрескиванию в Кислой Маслянистой Среде) на УКР при высокой температуре, кислотности, в деаэрированном 25-33% растворе NaCl под давлением газов H₂S и СО₂ (и содержащий элементарную серу) как детализировано в Таблице 8. Эта таблица содержит поперечное сужение (RA) и наработку до отказа (TTF) показатели экзогенно-инертного отношения для каждого сплава, который показывает уровень восприимчивости к УКР при малой скорости (4×10^-6/сек) круглых/гладких эластичных образцов до отказа. Несмотря на то, что большинство Серий #1-4 достигли целевого показателя ≥0.90, изучение структуры образцов показало существенные доказательства наличия хрупких областей в следствии УКР хлорида в образцах Серий сплава #1, 2, и 3. Никаких значимых показаний УКР (т.е. все показатели ≥0.90 и отсутствие хрупких областей) не было отмечено в сплавах Серии #4 с Pd (4А-4Е, 4G) или Ru (4D и 4N), кроме сплава 4F с его повышенной эквивалентностью Мо до 7.0. Эти сплавы Серии #4 достигли требований устойчивости к горячему 550°F кислотному раствору, в отличие от NACE Sour Standard-approved Ti-6246 сплава, протестированного для сравнения.

Таким образом, данный сплав (или пластины, или любые другие компоненты) соответствует требованиям устойчивости к УКР (или полностью устойчив) в горячем деаэрированном 25-33% растворе NaCl, при температуре как минимум 160°F, 170°F, 200°F, 300°F, 400°F, 500°F, 550°F или более, после погружения сплава/компонента в горячий раствор. При таких условиях, данный сплав не имеет существенных показаний УКР, так как показатели RA и TTF равны по крайней мере 0.90 и сплав демонстрирует либо отсутствие хрупких областей, либо хрупкие области занимают не более 1.0 или 2.0% от всей области сплава подверженной воздействию горячего раствора. Как показано в Таблице 8, различные сплавы тестировались в горячем деаэрированном 25% растворе хлорида натрия (NaCl) с абсолютным давлением 250 фунтов на кв. дюйм (psia) H₂S, 250 psia CO₂, 0.5% уксусная кислота (НАс) и 1 грамм на литр (г/л) серы (S); или в горячем деаэрированном 33% растворе NaCl, 145 psia H₂S, 1000 psia CO₂ и 1 г/л S; или в горячем деаэрированном 33% растворе NaCl, с 500 psia H₂S, 500 psia CO₂ и 1 г/л S.

Свариваемость.

Оценка свариваемости обычно включает рассмотрение свойств свариваемого металла и устойчивость как в состоянии после сварки без обработки, так и с обработкой (PWHT). Как таковой, многопроходной плавильный сваренный в стык компонент должен обладать адекватной пластичностью, прочностью и устойчивостью к повреждениям, чтобы производить комбинированное дробление, станочную обработку, разделку (и т.д.) до и после PWHT. После PWHT, сваренный метал и зона металла подверженная термообработке (HAZ) должны пройти соответствие или даже превысить минимальные требования ВП соответствующего сплава Ti X сваренного/базового металла, в то же время легко соответствуя минимальной пластичности и вязкости на излом (K_J) указанных в Таблице 4.

Свойства Кованной Механической Пластины.

Предел прочности при растяжении и вязкость на излом после варки для многопроходных промышленных GTA-сваренных 0.375'' кусков пластины после PWHT был определен для большинства вариантов Серий сплава #1-4. После PWHT при температуре 1400°F или 1450°F плюс Окисление, все четыре серии имели показатели ВП 136-150 кфунт/дюйм² и удлинение ≥4%. Таблица 9 представляет некоторые типичные непредельные примеры Серий #2 против #4 с качествами сваренного металла после PWHT, что подтверждает показатели предела прочности. Тем не менее, более подробное рассмотрение обнаруживает заметно сильное растяжение и, в частности, поперечное сужение (% RA) для Серии #4 сварки, по сравнению с Sn-содержащими Сериями #1 и #2. Подобное сравнение было отмечено для значений вязкости на излом для K_J,, которые были значительно выше для сварки Серии #4 (кроме 4D) по сравнению со сварками Серий #1 и #2 (см. Таблицу 9 и Фиг. 6). Другие Zr-содержащие сварки Серии #3 также показали хорошую пластичность и повышенный уровень значений K_J более минимума 60 фунт/кв. дюйм.

Пробы на пластичность кованных материалов Серий #1-4 в состоянии после ковки без обработки, выявили переменный и низкий уровень растяжения (<2%) и значений поперечного сужения в Sn-содержащих сплавах Серий #1 и 2. С другой стороны, Серии кованного сплава #3 и 4 неизменно достигали ≥2% растяжения и требований % поперечного сужения. Как таковые, Zr-содержащие Серии сварки #3 и 4 показали более желаемую комбинацию умеренной прочности и улучшеной пластичности и упругости по сравнению с Sn-содержащими Сериями сплава #1 и 2 в состояниях до и после обработки.

Устойчивость к Коррозии (в горячих кислотнохлористых растворах). Опыт в разжиженном кипящем HCl обнаружил до того неизвестное, неожиданное, но очень серьезное несоответствие между сплавами с содержанием Sn и Pd в разрезе получения сплава устойчивого к воздействию кислот. Это несоответствие может быть адресовано в данном сплаве, посредством содержания уровня Sn в сплаве сравнительно низким, в количество Pd таким же, как упоминалось ранее.

Непредельные примеры свойств сплава Ti Alloy X.

Различные непредельные примеры свойств эластичности и изломов достижимых в сплаве Ti Alloy X в нескольких рабочих формах представлены в Таблице 11. Свойства эластичности, указанные в Таблице 11 демонстрируют, что 125 кфунт/дюйм² или 130 кфунт/дюйм² при минимальной комнатной температуре ВП может быть достигнуто для продуктов в состоянии бета-трансформации, в зависимости от площади поперечного сечения плиты или трубы и конечной термообработки (STA). Соответствующие значение горячей ВП при температуре 500°F также достигаются при минимальной цели 90 кфунт/дюйм². Альфа-бета обработанные (плюс STA) продукты, такие как указанная пластина, могут иметь существенно большую прочность в комбинации с хорошей пластичностью (Таблица 11), но имеют немного более низкие показатели вязкости на излом в воздухе.

Таблица 12 демонстрирует, что увеличенная вязкость на излом (K_Q, K_SCC) последовательно достигается в этих бета-трансформированных (плюс STA) пластине и трубе. Учитывайте, что значения как K_воз, так и соленой воды K_SCC превышают минимальные 60 кфунт/дюйм² и демонстрируют понижение соленой воды K менее 15%.

Подтверждение превосходной устойчивости сплава Ti alloy X (с добавлением -Pd или -Ru) продемонстрировано в профиле скорости коррозии показанном на Фиг. 7. Палладиевая версия сплава имеет кислотную устойчивость сходную с Grade 29 Ti, в то время как руниевая версия немного менее устойчива, но все равно значительно превосходит устойчивость сплава Ti-6246. Эта сравнительная коррозиустойчивость в горячем растворе HCl напрямую соотносится с щелевой устойчивостью сплава и устойчивости к коррозионному растрескиванию в горячей воднохлористой среде.

* мин. YS зависит от толщины компонентов секции

* Вариант исполнения предложенного сплава

* Вариант исполнения предложенного сплава

* Вариант исполнения предложенного сплава

* Вариант исполнения предложенного сплава

(ТКР) = транскристаллическое коррозионное растрескивание под напряжением

(МКР) = межкристаллитное коррозионное растрескивание под напряжением

* 1400° или 1450F-1,5° ч медленное охлаждение 1000F 4° ч - Возраст

** Вариант исполнения предложенного сплава

* ВА-АС = Бета обожженный и охлажденный при 13F°/сек.

** BA-SC = Бета обожженный и охлажденный 1,8F°/сек.

* Вариант исполнения предложенного сплава

В качестве не ограничивающего примера, настоящий сплав может быть использован для построения различных компонентов в области обслуживания энергетики, среди других. Некоторые неограничивающими иллюстративными компонентами могут быть морские трубопроводы и подводные промысловые трубопроводы; бурильная труба; стояки экспорта и повторной инъекции и компоненты морской добычи; трубы нефтепромыслового сортамента (ТНС) эксплуатационные водоотделительные колонны и обсадные колонны и лайнеры; морские струны глубоководной посадки; офшорные капитального ремонта скважин; струны оффшорная/морские крепежные детали и конструктивные элементы; устьевые компоненты; также ювелирные изделия скважин (упаковщики, предохранительные клапаны, сосуды полированной расточки); компоненты геофизических исследований скважин и скважинного оборудования или инструментов; морские погружные компоненты (ROVs- удаленных операционных транспортных средств), среди других, которые могут извлечь пользу из свойств, которые обеспечивает Ti сплав X.

Рисунки иллюстрируют некоторые продукты или компоненты, которые могут быть сформированы из предложенного сплава и некоторых контекстах, в которых могут быть использованы эти продукты или компоненты. Фиг. 8 в целом иллюстрирует оффшорное производство и/или вытяжную систему 1, которая может быть использована в производстве и/или добыче нефти и газа (например, нефть и природный газ), воды, солевого раствора или других подводных жидкостей или газов. Система 1 может относиться как к оффшорный добыче нефти и газа и/или системе добычи, на морских буровых и/или производственной системе 1 или тому подобное. Система 1 может включать в себя оффшорную плавучую платформу 2, которая может быть расположена вдоль верхней поверхности океана, моря или морской воды 3, систему на основе гравитации или платформы 4, а также одну или несколько подводных головок скважин 6.

Система 1 может дополнительно включать в себя сбор подводного манифольда 8 и скважинного оборудования 10, включающий в себя корпус и эксплуатационную водоотделительную колонну внутри корпуса, проходящую вниз в пределах соответствующего одного из стволов скважины 12 на морском дне 13, ниже, морскую воду 3 таким образом, что стволы скважин 12 простираются от верхней морского дна вниз по направлению к или в углеводород или месторождение нефти и газа 14. Система 1 может дополнительно включать в себя один или более подводных производственных трубопроводов или линий 16 потока, которые могут проходить от соответствующих устьев скважин 6 до коллектора 8. Система 1 может дополнительно включать в себя производственный стояк 18, стояк обратной закачки 20, экспортный стояк 22 и один или несколько подводных трубопроводов 24. Хотя стояк 18, 20 и 22 может проходить над поверхностью моря 3, большая часть каждого из этих стояков находится под водой или в соленой воде или морской воде 3. Дополнительные производственные трубопроводы или линии 16 потока могут проходить от коллектора 8 до нижней части стояков 18 и 20. Каждый из стояков 18, 20 и 22 проходит вверх и соединяется с платформой 2 вблизи верхних концов указанных стояков. Каждый из стояков 18, 20 и 22 может быть катенарным стояком. Один конец экспортного трубопровода или линии потока 24 может быть соединен или расположен рядом с нижним концом стояка экспорта 22 таким образом, что стояк 22 и трубопровод 24 находятся в жидкостном сообщении. Каждый из производственного стояка 18 и стояка реинжекции 20, может быть в сообщении по текучей среде с коллектором 8 и соответствующими линиями потока 16, устьями скважин 6, скважинным оборудованием 10 и резервуаром 14.

Система 1 также может быть сконфигурирована с головкой подводной скважины 26, которая по существу непосредственно ниже платформы 2. Система 1 может включать в себя противовыбросовый превентор 28 совмещенный с головкой 26 скважины и буровым стояком или узлом стояка 30, проходящим вниз от платформы 2 через устье скважины 26 и противовыбросового превентора 28 в морское дно 13 в качестве скважинного оборудования 10 для формирования ствола 12 скважины в морском дне 13, который проходит вниз по направлению или в резервуар 14. Узел подъемника 30 может включать в себя стояк с бурильной колонной или бурильной трубой в стояке. С другой стороны, узел стояка 30 может включать в себя корпус эксплуатационной водоотделительной колонны или посадочной колонны внутри корпуса.

Фиг. 9 в целом иллюстрирует наземные или прибрежные системы производства и/или извлечения 32, которые могут быть использованы в производстве и/или добычи нефти и газа (например, нефть и природный газ), воды, солевого раствора или других подземных жидкостей или газов. Система 32 может относиться как наземной или береговой добыче нефти и газа и/или системе добычи наземного или берегового бурения и/или системы 32 производства или тому подобное. Система 32 может включать в себя береговые или наземные платформы или буровой установки 34 и скважинное оборудование или обсадную колонну и бурильную колонну или бурильную трубу 36, которая может проходить вниз в землю, грунт 37, чтобы сформировать ствол скважины 12, простирающуюся от устья скважины 35 и поверхности земли 37 до подземного углеводорода или месторождений нефти и газа 14, который также может быть резервуаром горячего солевого раствора и т.д. Бурильная труба 36 или ее часть может быть также использована в качестве посадочной нити. Скважины 12 и резервуары 14 на Риг. 8 и 9 могут быть НРНТ или ХНРНТ углеводородными скважинами или резервуарами.

Фиг. 10 иллюстрирует различные трубчатые компоненты, которые могут быть компонентами производства или компонентами, связанными с производством, которые могут включать в себя скважинное оборудование, такое как использовано в контексте обсуждения со ссылками на Фиг. 8 и 9. Эти трубчатые элементы могут включать в себя обшивку поверхности 38, промежуточный кожух 40, имеющий внешний диаметр меньше, чем внутренний диаметр обсадной трубы 38 таким образом, что кожух 40 проходит внутри кожуха 38, производственный кожух 42, который имеет наружный диаметр, который меньше, чем внутренний диаметр промежуточной обсадной трубы 40 таким образом, что кожух производства 42 проходит внутри кожуха 40 и обсадной колонны 38 и трубчатый производства 44, имеющий наружный диаметр, который меньше внутреннего диаметра эксплуатационной обсадной колонны 42 таким образом, что эксплуатационная водоотделительная колонна 44 проходит внутри кожуха 42, 40 и 38. Пакер 48 может быть расположен внутри эксплуатационной обсадной колонны 42, вытянутой от внутренней поверхности кожуха 42 к внешней поверхности эксплуатационной водоотделительной колонны 44.

Фиг. 11А-11С иллюстрируют трубчатые сегменты или сегменты труб 50а и 50b, которые могут быть изготовлены из предложенного сплава. Сегменты 50, как правило, предназначены для иллюстрации трубчатых сегментов или отрезков труб, которые могут быть использованы для формирования различных трубчатых компонентов, обсуждаемых со ссылками на Фиг. 8-10, таких как скважинное оборудование/корпус/посадочная нить/бурильная труба/бурильная колонна 10, производственных трубопроводов или линий потока 16, эксплуатационного стояка 18, стояка реинжекции 20, стояка экспорта 22, экспортного трубопровода или линии потока 24, узла стояка 30, скважинного оборудования или инструмента/бурильной трубы/бурильной колонны 36, эксплуатационного корпуса 42 и эксплуатационной водоотделительной колонны 44. Фиг. 11А показывает один сегмент трубы 50А, имеющей первый и второй концы 52 и 54 таким образом, что внутренняя поверхность сегмента трубы 50А определяет сквозной проход 56, проходящей от первого конца 52 до второго конца 54. Первый и второй концы 52 и 54 определяют длину L1 сегмента 50а между ними. Сегмент 50А может быть цилиндрическим сегментом трубы и иметь концы 52 и 54 без резьбы. Фиг. 11В иллюстрирует два сегмента трубы 50А, которые приварены друг к другу стыковым швом 58, чтобы сформировать более длинный сегмент трубы, который может быть использован при формировании различных трубчатых компонентов, описанных выше. Фиг. ПС показывает, что сегмент трубы 50В аналогичен сегменту трубы 50А в том, что имеет первый и второй концы 52 и 54 таким образом, что внутренняя поверхность сегмента трубы 50В определяет сквозной проход 56, проходящий от конца 52 до конца 54. Сегмент 50В может включать в себя внутренний резьбовой участок 60 рядом с одним концом 54 и наружную резьбовую секцию 62, смежную с другим концом 52. Фиг. 11А и 11В иллюстрируют некоторые простые трубчатые сегменты, которые могут быть использованы в различных трубчатых компонентов, описанных выше. Тем не менее, это будет понятно специалисту в этой области техники, что многочисленные другие конфигурации сегментов труб могут быть использованы. Например, как правило, подобные сегменты труб и могут быть сформированы таким образом, что различные участки сегмента трубы имеют различные внешние диаметры. Кроме того, сегмент трубы, подобный трубе 50В, может быть выполнен с внутренней резьбой секций, примыкающей с обоих концов 52 и 54, или поочередно к наружным резьбовым секциям 62 смежно с обоих концов 52 и 54. Таким образом, например, два сегмента трубы 50В могут быть с навинчены вместе с участком с наружной резьбы 62 одного сегмента 50В навинеченого на секцию 60 другого сегмента 50В с внутренней резьбой 5. С другой стороны, нарезные ответвители также могут быть использованы между различными сегментами труб таким образом, что, например, с участок сегмента трубы наружной резьбой может зацеплен резьбой с внутренней резьбой участка ответвителя, в то время как участок другого сегмента трубы с наружной резьбой также может входить в зацепление резьбой с внутренней резьбой участок стяжки так, чтобы два сегмента трубы были соединены друг с другом через резьбовые соединения с муфтой. Аналогично, некоторые из сегментов труб, используемых в различных трубчатых компонентах, могут иметь кольцевые фланцы, которые проходят в радиальном направлении наружу от концов данного сегмента трубы при помощи которых такие фланцы используются для соединения таких сегментов труб друг с другом, например, с помощью болтов или других крепежных деталей. Таким образом, сегменты трубопровода, как показано на Фиг. 11А-11С предназначены для включения различных типов сегментов труб, которые известны в данной области техники и используются для производства различных трубчатых компонентов, описанных выше, или трубчатых частей таких компонентов. Например, сегментами труб 50А и 50В могут быть сегменты бурильных труб, заземленные сегменты нитей, сегменты нитей капитального ремонта скважин, сегменты стояков, сегменты обсадных труб, сегменты эксплуатационных водоотделительных колонн, а также сегменты подводного трубопровода или выкидной линии.

Настоящий сплав может быть выполнен в виде компонента (например, те, которые обсуждались ранее), который используется в различных контекстах. Такой компонент может иметь рабочее положение или состояние, такое как, погружение или в контакт с морской водой или различными средами водного раствора хлорида (например, хлорсодержащим соляным раствором), жидкости, содержащей сероводород и/или жидкости, содержащей диоксид углерода. Компонент в рабочем положении или состоянии может находиться под давлением, по меньшей мере, 1200 фунтов на квадратный дюйм, 1500 фунтов на квадратный дюйм, 2000 фунтов на квадратный дюйм, 3000 фунтов на квадратный дюйм, 4000 фунтов на квадратный дюйм, 5000 фунтов на квадратный дюйм, 10000 фунтов на квадратный дюйм, 15000 фунтов на квадратный дюйм или 20000 фунтов на квадратный дюйм при температуре не менее 120°F, 150°F, 200°F, 300°F, 400°F, 500°F или 600°F. Компонент может быть погружен в или быть в контакте с указанными выше жидкостями при упомянутом выше давлении и/или при отмеченной выше температуре непрерывно в течение длительного периода времени, например, час, 12 часов, 24 часа, неделю, месяц, год или больше. Компоненты аналогичным образом могут непрерывно использоваться при более низких температурах, например, при комнатной температуре (около 77°F,) или при температуре окружающей среды, или, например, в воде океана или морской воде, в которой температура может находиться в диапазоне от приблизительно 28°F до приблизительно 100°F.

Один или несколько методов могут включать в себя эксплуатацию или поддержание производства и/или экстракционную систему (такую, как описано выше), содержащий компонент, таким образом, что компонент находится в рамках различных эксплуатационных условий, указанных выше. Такая система может включать в себя буровую установку или систему (например, часть платформы 2 или 34), которая вращает бурильную колонну или трубу такую как бурильная колонна/труба 30 (Фиг. 8) или 36 (Фиг. 9), чтобы пробурить скважину или в стволе скважины, таких как колодцы или стволах 12 из Фиг. 8 и 9. Такая система может также включать в себя один или несколько насосов для перекачки различных жидкостей (и твердых частиц) через трубчатые компонентов, такие как стояки 18, 20, 22 и 30, производственный конвейер или поток линии 16, экспортный трубопровод или поток линии 24, бурильная колонна или труба 30, 36 или 44 или корпус 42.

Таким образом, способ может включать в себя эксплуатацию производственной системы и/или системы экстракции, содержащий компонент таким образом, что во время этапа эксплуатации системы производства и/или экстракции, компонент погружают в или вводят в контакт с средами водного раствора хлорида, морской воды, сульфидно-содержащий жидкости (например, буровой раствор), содержащий диоксид углерода жидкости (например, бурового раствора) и/или таким образом, что компонент непрерывно поддерживается (например, в течение часа, 12 часов, 24 часа, неделю или больше) при давлении, по меньшей мере, 1200 фунтов на квадратный дюйм, 1500 фунтов на квадратный дюйм, 2000 фунтов на квадратный дюйм, 3000 фунтов на квадратный дюйм, 4000 фунтов на квадратный дюйм, 5000 фунтов на квадратный дюйм, 10000 фунтов на квадратный дюйм, 15000 фунтов на квадратный дюйм или 20 ООО фунтов на квадратный дюйм и/или при температуре, по меньшей мере, 120°F, 150°F, в 200°F, 300°F, 400°F, 500°F или 600°F. Такие компоненты могут быть использованы в углеводородных коллекторах/ скважинах, которые являются НРНТ или ХНРНТ, которые могут иметь температуру на забое, по меньшей мере, около 300°F и забойное давление по меньшей мере около 10000 фунтов на квадратный дюйм (НРНТ) или температура на забое, по меньшей мере, около 400°F и а забойное давление по меньшей мере около 20000 фунтов на квадратный дюйм (ХНРНТ). Такие компоненты могут быть также использованы в горячих растворах скважин/резервуаров или других скважин/резервуаров.

Следует отметить, что водный носитель хлорида, отмеченный выше, может иметь широкий диапазон концентрации ионов хлорида, например, около 1 (один) часть на миллион (ppm) до полного насыщения. Даже очень низкие концентрации хлорид-ионов, могут иметь существенные вредные эффекты на многие известные титановые сплавы. Среда водного хлорида, таким образом, может включать в себя морскую воду и различные солевые растворы, такие как скважинные флюиды. Морская вода может иметь концентрацию хлорид-ионов в диапазоне от примерно 18000 до примерно 23000 или 24000 миллиграммов на литр (мг/л). Водный раствор хлорида медиа в настоящем документе, может быть водным раствором хлорида, имеющий концентрацию ионов хлорида по меньшей мере, 1 (один) миллион или может быть существенно выше, например, по меньшей мере, 10 мг/л, 100 мг/л, 500 мг/л, 1000 мг/л, 5000 мг/л, 10000 мг/л, 15000 мг/л или более.

В приведенном выше описании некоторые термины были использованы для краткости, ясности и понимания. Никаких ненужных ограничений не должно подразумеваться вне рамок требования предшествующего уровня техники, поскольку эти термины использованы для описательных целей и предназначены для широкого толкования. Кроме того, описание и иллюстрации, изложенные в настоящем документе, являются примером и не ограничивается точными деталями, показанными или описанными.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к титановым сплавам с высокой коррозионной стойкостью, и может быть использовано для производства компонентов системы производства и/или извлечения нефти и газа. Титановый сплав содержит, мас.%: алюминий 5,0-6,0, цирконий 3,75-4,75, ванадий 5,2-6,2, молибден 1,0-1,7, железо 0,10-0,25, палладий 0,04-0,20 или рутений 0,06-0,20, кислород ≤0,13, азот ≤0,05, углерод ≤0,03, водород ≤0,015, бор ≤0,015, олово ≤0,1, титан остальное. Сплав характеризуется высокими значениями предела текучести, вязкости разрушения и коррозионной стойкости в растворе соляной кислоты. 8 з.п. ф-лы, 13 ил., 12 табл.

1. Титановый сплав, содержащий, мас. %:

алюминий 5,0-6,0,

цирконий 3,75-4,75,

ванадий 5,2-6,2,

молибден 1,0-1,7,

железо 0,10-0,25,

палладий 0,04-0,20 или рутений 0,06-0,20,

кислород не более 0,13,

азот не более 0,05,

углерод не более 0,03,

водород не более 0,015,

бор не более 0,015,

олово не более 0,1,

титан и неизбежные примеси остальное,

причем он имеет:

молибденовый эквивалент в интервале от 5,0 до 5,9, причем молибденовый эквивалент = мас.% молибдена + 0,67∙(мас.% ванадия) + 2,5∙(мас.% железа);

алюминиевый эквивалент в интервале от 6,5 до 7,5, причем алюминиевый эквивалент = мас.% алюминия + 0,33∙ (мас.% олова)+0,17∙(мас.% циркония) + 10,0∙ (мас.% кислорода).

2. Титановый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он используется в качестве материала пластины толщиной 0,5 дюйма, термообработанной на твердый раствор, имеющий:

(а) предел текучести по меньшей мере 130000 фунт/дюйм² при комнатной температуре;

(б) плотность ≤0,165 фунт/дюйм² ;

(в) вязкость разрушения при комнатной температуре на воздухе и в морской воде по меньшей мере 50000 фунт/дюйм²;

(г) устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением в растворе 25-33% NaCl при температуре минимум 550°F.

3. Титановый сплав по п. 1, отличающийся тем, что содержание неизбежных примесей составляет не больше чем 1,0 мас. %.

4. Титановый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он устойчив к локальной щелевой коррозии после погружения на 60 суток в морскую воду с естественной аэрацией, имеющей рН 3, и выдержки при температуре 500 F°.

5. Титановый сплав по п. 4, отличающийся тем, что он имеет предел текучести по меньшей мере 90000 фунт/дюйм² при температуре 500 F°.

6. Титановый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он используется в качестве материала трубчатого элемента.

7. Титановый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он используется в качестве компонента, представляющего собой участок морского трубопровода или подводного трубопровода, буровую трубу, трубопровод, связывающий морскую платформу с подводным месторождением, трубу нефтяного сортамента, трубу нефтяного сортамента для обсаживания скважин, загрузочную колонну, компонент для ремонта скважины или оборудования скважин.

8. Титановый сплав по п. 1, отличающийся тем, что он используется в качестве материала компонента, вступающего в рабочем положении в контакт с раствором соляной кислоты.

9. Титановый сплав по п. 1, отличающийся тем, что используется в качестве материала компонента, находящегося в рабочем положении под давлением по меньшей мере 1200 фунт /дюйм².