Під час розвідки та розробки нафти й газу бурове обладнання витримує довго-високі навантаження, сильні удари, знос і корозію. Від вибору матеріалів безпосередньо залежить надійність обладнання, термін служби та безпека експлуатації. Оскільки робоче середовище охоплює глибоке середовище з високою-температурою та високим{4}}тиском, корозійне середовище, що містить сірководень або вуглекислий газ, і абразивні тверді речовини, такі як пісок і шлам, вибір відповідного матеріалу стає основним технічним аспектом виробництва та обслуговування бурового обладнання.
Основні конструкційні компоненти бурового обладнання, як-от вишка, основа та корпус лебідки, зазвичай використовують конструкційну сталь із високою-низьким{1}}сплавом, як-от серія Q345 або ASTM A572. Ці сталі зберігають гарну в'язкість і зварюваність, водночас володіючи високою межею текучості та стійкістю до втоми, що дозволяє їм витримувати повторювані підйомні та ударні навантаження. В умовах екстремальних навантажень, наприклад у над-свердловинах або морських платформах, для покращення загальних механічних властивостей і стабільності додатково вибирається загартована конструкційна сталь або сталь для резервуарів під тиском.
Ключові компоненти, що піддаються обертанню і ударам, такі як бурильні труби, бурильні манжети і підйомні ланцюги, повинні мати високу міцність, високу в'язкість і чудову стійкість до втоми. Зазвичай використовувані матеріали включають хром-молібденові леговані сталі (такі як 4145H і 4340), які після відпустки та поверхневого зміцнення значно покращують міцність на кручення та вигин, одночасно сповільнюючи утворення тріщин під час циклічного навантаження. З’єднання бурильних труб через часте з’єднання та розбирання також повинні мати гарну стійкість до адгезивного зношування та корозії, часто обробляються фосфатуванням, мідненням або спеціальними покриттями.
Корпуси насосів, сідла клапанів, поршні та трубопроводи в системах циркуляції бурового розчину, які піддаються ерозії та хімічній корозії високо-швидкісного шламу,-що містить пісок, часто використовують чавун із високим-вмістом хрому,-нікелю-або дуплексну нержавіючу сталь. Чавун із високим вмістом -хрому, який має чудову зносостійкість, широко використовується у гільзах циліндрів і робочих колесах, тоді як дуплексна нержавіюча сталь демонструє перевагу в збалансованості стійкості до корозії та міцності в середовищах,-що містять хлориди або кислотах. Для колінчастого вала та шатуна грязьового насоса високого-тиску вибрано ковану сталь із поверхневим зміцненням, щоб гарантувати, що стійкість до ударів і втоми відповідає вимогам-тривалої експлуатації.
Вибуховий превентор (BOP), як основа забезпечення безпеки, вимагає, щоб його корпус і матеріал затвора відповідали вимогам щодо високої міцності та стійкості до сірководневої корозії. Зазвичай використовується високо{1}}якісна легована сталь, яка проходить сувору термічну обробку та не-руйнівні випробування, щоб переконатися, що вона не руйнується та не протікає під екстремальним тиском. Ущільнення в основному виготовляються з фторкаучуку, поліуретану або модифікованого політетрафторетилену (PTFE) для адаптації до широкого діапазону температур і різних хімічних середовищ бурового розчину.
Вибір матеріалу вимагає всебічної оцінки механічних властивостей, стійкості до корозії, зносостійкості, оброблюваності та економічності, а також повинен відповідати умовам експлуатації та очікуваному терміну служби. Запровадження аналізу відмов на етапах проектування та технічного обслуговування, а також впровадження модернізації матеріалів або зміцнення поверхні для -напружених і вразливих частин може ефективно зменшити ризик раптових відмов. Наукова стратегія вибору матеріалів не тільки покращує експлуатаційну надійність бурового обладнання, але й забезпечує надійну гарантію безпечної та ефективної розробки складних нафтових і газових ресурсів.