การวิเคราะห์การประยุกต์ใช้ท่อเหล็กเกลียวเคลือบพลาสติกในโครงการขุดเจาะน้ำมันในทะเลลึก

ขั้นแรก วิเคราะห์ข้อได้เปรียบหลักของท่อเหล็กเกลียวเคลือบพลาสติก
ท่อเหล็กเคลือบพลาสติกมีทั้งความแข็งแรงของท่อเหล็กและความทนทานต่อการกัดกร่อนของพลาสติก โดยการเชื่อมชั้นป้องกันการกัดกร่อนของพลาสติก ทำให้กลายเป็นวัสดุหลักสำหรับท่อในแหล่งน้ำมันใต้ทะเลลึก ข้อดีของมันสะท้อนให้เห็นในสามด้าน ได้แก่ ทนแรงดันน้ำได้มากกว่า 2,000 เมตร ทนต่อการกัดกร่อนของไอออนคลอไรด์เพื่อยืดอายุการใช้งาน และผนังด้านในเรียบช่วยลดแรงต้านในการขนส่งได้ถึง 20% คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้เป็นวัสดุสำคัญในการรับประกันความปลอดภัยและประสิทธิภาพของการขนส่งน้ำมันและก๊าซ

ประการที่สอง การเปรียบเทียบท่อเหล็กเกลียวเคลือบพลาสติกชนิดหลักๆ
(1) ท่อเหล็กเคลือบพลาสติกโพลีเอทิลีน: ใช้กระบวนการเคลือบแบบหลอมร้อน มีความต้านทานการกัดกร่อนของน้ำมันดิบที่โดดเด่น ส่วนใหญ่ใช้ในท่อส่งน้ำมัน คุณสมบัติที่ยืดหยุ่นสามารถลดแรงกระแทกจากพื้นทะเลได้ และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของผนังด้านในคือ 0.01 ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการขนส่งได้ 15% เมื่อเทียบกับท่อเหล็กธรรมดา
(2) ท่อเหล็กเคลือบเรซินอีพ็อกซี: เทคโนโลยีการยึดติดทางเคมีทำให้การเคลือบไม่หลุดลอก และมีอายุการใช้งานที่ทนต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเลได้นานถึง 30 ปี ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบฉีดน้ำ โดยมีอัตราการป้องกันการเกิดตะกรันมากกว่า 95% และสามารถใช้งานได้อย่างเสถียรเป็นเวลา 10 ปีในโครงการอ่าวเม็กซิโก
(3) ท่อเหล็กเคลือบโพลียูเรีย
วัสดุเคลือบผิวแบบยืดหยุ่นชนิดใหม่นี้ มีคุณสมบัติทนทานต่อแรงกระแทกได้ดีขึ้นถึง 40% และเหมาะสำหรับสภาพพื้นทะเลที่ซับซ้อน กรณีศึกษาจากแหล่งน้ำมันทูปีในบราซิลแสดงให้เห็นว่า ความทนทานต่อการกัดกร่อนจากไฮโดรเจนซัลไฟด์สูงกว่าท่อแบบดั้งเดิมถึง 3 เท่า แม้ว่าต้นทุนเริ่มต้นจะสูงขึ้น 30% แต่ต้นทุนการบำรุงรักษาตลอดวงจรชีวิตลดลงถึง 50%

ประการที่สาม ปัจจัยสำคัญในการคัดเลือก
(1) ความสามารถในการปรับตัวเข้ากับสิ่งแวดล้อม:
ผลิตภัณฑ์ต้องมีคุณสมบัติตามข้อกำหนดต่อไปนี้: ทนต่อแรงดันน้ำ 4 MPa, ทนต่อการเปราะแตกที่อุณหภูมิต่ำ 2-4 ℃ และทนต่อการเกาะติดของสิ่งมีชีวิตในทะเล แนะนำให้ใช้สารเคลือบที่ปรับปรุงด้วยนาโนเพื่อลดพลังงานพื้นผิวให้ต่ำกว่า 20 mN/m และลดการเกาะติดของสิ่งมีชีวิตได้ 90%

(2) ความสามารถในการปรับตัวปานกลาง
ท่อส่งน้ำมันเน้นความทนทานต่อการกัดกร่อนจากไฮโดรเจนซัลไฟด์ (มากกว่า 500 ppm) ท่อส่งก๊าซต้องมีระดับการปิดผนึกตามมาตรฐาน ASME B16.34 Class 1500 และท่อส่งน้ำต้องมีอัตราการป้องกันการเกิดตะกรันมากกว่า 90%

(3) การจับคู่พารามิเตอร์ทางวิศวกรรม
สูตรความหนาของผนังที่แนะนำคือ: t=(PD)/(2S+0.8P) โดยที่ค่า S สำหรับสภาพแวดล้อมในทะเลลึกคือ ≥480MPa การเลือกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางควรควบคุมอัตราการไหลให้อยู่ในช่วงที่เหมาะสมคือ 1.5-3 ม./วินาที

ประการที่สี่ ระบบควบคุมคุณภาพของท่อเหล็กเกลียวเคลือบพลาสติก
มีการนำมาตรฐาน GB/T23257-2017 มาใช้ โดยตัวชี้วัดหลักประกอบด้วย ความหนาของชั้นเคลือบ (2.0±0.2 มม.) การยึดเกาะ (≥10 MPa) และไม่มีการกัดกร่อนในการทดสอบการพ่นละอองเกลือ 3000 ชั่วโมง มีการใช้การตรวจจับกระแสไหลวนแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้มั่นใจว่าอัตราการตรวจจับข้อบกพร่องมากกว่า 99.9%

ประการที่ห้า แนวโน้มการพัฒนาทางเทคนิคของท่อเหล็กเกลียวเคลือบพลาสติก
การเคลือบผิวอัจฉริยะ: เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสงแบบบูรณาการ ตรวจสอบอัตราการกัดกร่อนและการกระจายความเค้นแบบเรียลไทม์
วัสดุเพื่อการปกป้องสิ่งแวดล้อม: การวิจัยและพัฒนาสารเคลือบโพลียูรีเทนชีวภาพ ลดการปล่อยสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOC) ลง 70%
เทคโนโลยีการเชื่อมต่อ: กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึง 3 เท่า และความแข็งแรงของรอยต่อสูงถึง 95% ของวัสดุเดิม

ประการที่หก กรณีศึกษาการประยุกต์ใช้ทั่วไป
โครงการบ่อน้ำมันในทะเลเหนือใช้ระบบเคลือบ PE สามชั้น (สีรองพื้นอีพ็อกซี + กาว + โพลีเอทิลีน) ซึ่งใช้งานต่อเนื่องมาเป็นเวลา 8 ปี ที่ระดับความลึกของน้ำ 1,500 เมตร และอุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส โดยมีอัตราการกัดกร่อนต่อปีต่ำกว่า 0.02 มิลลิเมตร และรอบการบำรุงรักษาขยายออกไปเป็น 5 ปี

ปัจจุบัน เทคโนโลยีท่อเหล็กเคลือบพลาสติกประสบความสำเร็จในการผลิตท่อสำหรับงานในทะเลลึกในประเทศถึง 80% และคาดว่าขนาดตลาดจะสูงถึง 20 พันล้านหยวนในอีกห้าปีข้างหน้า การปรับปรุงวัสดุเคลือบและเทคโนโลยีการทดสอบอย่างต่อเนื่องจะช่วยสนับสนุนความต้องการในการพัฒนาแหล่งน้ำมันในทะเลลึกพิเศษที่ระดับความลึก 1,500-3,000 เมตร และส่งเสริมการยกระดับอุปกรณ์วิศวกรรมทางทะเล