تطوير النفط والغاز البحري
النفط هو شريان الحياة الاقتصادي لأي بلد. وتشير التقديرات إلى أن الموارد النفطية القابلة للاستخراج تبلغ 300 مليار طن، منها احتياطي النفط البحري حوالي 130 مليار طن. بدأ تطوير النفط البحري في أوائل القرن العشرين. وقد مر تطورها بعملية من البحر إلى البحر، ومن البحر الضحل إلى البحر العميق. محدودة بالشروط الفنية والتطور المادي، ولا يمكن استغلال سوى رواسب النفط والغاز الطبيعي الممتدة مباشرة من الساحل إلى البحر الضحل في البداية. منذ الثمانينيات، وبتحفيز من أزمة الطاقة والتقدم التكنولوجي، تطور استكشاف وتطوير النفط البحري بسرعة، وتقدم تطوير النفط البحري بسرعة إلى الجرف القاري، ليشكل تدريجياً قطاع صناعة النفط البحري الجديد. منصة الحفر البحرية هي قاعدة العمل لتنفيذ استكشاف واستغلال النفط والغاز البحري، وهو ما يمثل مستوى تكنولوجيا تطوير النفط والغاز البحري. تشمل معدات إنتاج النفط البحرية بشكل أساسي منصات إنتاج النفط والمعدات المساعدة، وتشمل المعدات المساعدة مبردات النفط الخام ورافعات الزيت والمضخات والصمامات والمفاصل والمشابك. تتلامس هذه المعدات مع مياه البحر والكبريتيدات والأمونيا والكلور وغيرها من الوسائط الموجودة في النفط الخام. نظرًا لأن التيتانيوم يتمتع بمقاومة ممتازة للتآكل في هذه الوسائط، استخدمت الولايات المتحدة أعمدة منصات النفط البحرية من التيتانيوم في حقول النفط في أوائل السبعينيات، واستخدمت أيضًا التيتانيوم لصنع مبادلات حرارية ذات غلاف وأنبوب ومبادلات حرارية لألواح. تستخدم المبادلات الحرارية ذات الغلاف والأنبوب المصنوعة من التيتانيوم مياه البحر كوسيلة تبريد لتبريد خليط الغاز / النفط عالي الحرارة المستخرج من بئر النفط. تستخدم المبادلات الحرارية لألواح التيتانيوم أيضًا مياه البحر كوسيلة تبريد لتبريد المياه العذبة المستخدمة لتبريد النفط الخام في المبادلات الحرارية المصنوعة من الفولاذ الكربوني. تستخدم الولايات المتحدة حوالي 100 مبادل حراري من التيتانيوم في منصات حفر حقول النفط في بحر الشمال. يُقال إن قطع التيتانيوم التي طلبتها شركة Hunting Oilfield Services في أبردين، اسكتلندا، المملكة المتحدة، هي أول أعمدة رفع عالية الضغط من التيتانيوم في العالم، تُستخدم في مشروع Heidrum التابع لشركة Continental Petroleum Company (Conoco) في النرويج.
تتمتع أنابيب الحفر المصنوعة من سبائك التيتانيوم البترولية بعمر خدمة طويل، وتزن نصف وزن الفولاذ المقاوم للصدأ فقط، ولكنها تتمتع بمرونة مضاعفة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ، ولها عمر خدمة يصل إلى 10 أضعاف عمر الفولاذ. هذه الخصائص الممتازة تجعل من التيتانيوم مادة لحفر آبار النفط العميقة الصعبة وشبه الدائرية. يمكن لأدوات الحفر المدمجة التي تحتوي على أنبوب الحفر من التيتانيوم أن تقلل بشكل كبير من وقت الحفر وتقلل من إجمالي تكلفة الحفر. استخدمت كل من GrantPrideco وRTI Energy Systems وTorch Drilling Services في الولايات المتحدة لأول مرة أنابيب الحفر المصنوعة من التيتانيوم للتطبيقات الصناعية في عام 2000. كما تم تجهيز أنبوب الحفر المصنوع من التيتانيوم الذي تم إنتاجه وتوريده بواسطة GrantPrideco وRTI Energy Systems بمفاصل الأدوات الفولاذية المقدمة من GrantPrideco Anti-Fatigue . هذا المفصل خفيف الوزن، مرن في الاستخدام، ويمكن أن يجعل أنبوب الحفر المصنوع من التيتانيوم قويًا ومتينًا.
يعد نظام خطوط أنابيب مياه البحر جزءًا لا غنى عنه في إنتاج النفط البحري. نظرًا لأن التيتانيوم يتمتع بمقاومة عالية للتآكل لمياه البحر وعمر الخدمة الخاص به يبلغ 10 أضعاف عمر الفولاذ، فإن تكلفة نظام أنابيب سبائك التيتانيوم فعالة من حيث التكلفة مقارنة بنظام Cu-Ni. قامت شركة Active Metals في الولايات المتحدة وشركة Precision Tube Technology بشكل مشترك بتأسيس شركة تكنولوجيا أنابيب التيتانيوم لإنتاج أنبوب من سبائك التيتانيوم بقطر كبير. السبيكة المستخدمة في هذا الأنبوب هي سبيكة Ti-3Al-2.5V، بقطر 650 مم، وسمك جدار 22-25 مم، وطول 350 م، ووزن { {10}}ر. ومن المخطط استخدامه لإنتاج النفط البحري. استخدمت شركة أمريكية أخرى أنبوبًا غير ملحوم من سبائك التيتانيوم بطول 15 مترًا، وقطر خارجي 600 ملم، وسمك جدار 25 ملم لتصنيع أنبوب عمودي بطول 500 متر تقريبًا عن طريق البثق، والذي تم استخدامه في منصة الحفر البحرية. يقال أن وزن هذا الأنبوب العمودي يمكن أن ينخفض إلى النصف، وبالتالي تقليل تكلفة الصابورة بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فهي تتمتع أيضًا بصلابة عالية للكسر وعمر تعب طويل.
ووفقا لتقارير البيانات، في مشروع تطوير حقل نفط بحر الشمال في الولايات المتحدة، زادت كمية التيتانيوم المستخدمة في الأجهزة العائمة على متن السفن والأجهزة الثابتة في قاع البحر مقارنة بما كانت عليه من قبل. الطلب على مواد التيتانيوم لـ 24 جهازًا عائمًا على متن السفينة و64 جهازًا ثابتًا في قاع البحر هو: 50-100t لأجهزة الحماية، 50-100t لأجهزة التوصيل، 400-1000t لمعدات الرفع العامة و 1400-4200t لأنابيب الحفر. إن تآكل الأجزاء الهيكلية الناجم عن التلوث البيولوجي في منصات إنتاج النفط البحرية أمر خطير للغاية. تستخدم إحدى الشركات الأمريكية غلافًا طويلًا مصنوعًا من أنابيب التيتانيوم على منصة الإنتاج لحماية الأجزاء الموجودة على المنصة.
في السنوات القليلة الماضية، زاد تطبيق أجزاء سبائك التيتانيوم في عمليات التنقيب عن النفط والإنتاج الساحلي بشكل ملحوظ. تسمح أجزاء سبائك التيتانيوم للتنقيب عن النفط بالدخول إلى المياه العميقة وآبار النفط العميقة، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة وبيئات الإنتاج شديدة التآكل (أي المالحة).
لمثل هذه التطبيقات، مع الأخذ في الاعتبار الأداء الشامل، فإن السبائك المعتمدة على قضيب التيتانيوم TC4 (Ti-6Al-4V) قابلة للتطبيق ومنخفضة التكلفة. يعد نظام خطوط أنابيب مياه البحر جزءًا لا غنى عنه في إنتاج النفط البحري. نظرًا لأن التيتانيوم يتمتع بمقاومة عالية للتآكل لمياه البحر وعمر الخدمة الخاص به يبلغ 10 أضعاف عمر الفولاذ، فإن تكلفة نظام أنابيب التيتانيوم فعالة من حيث التكلفة مقارنة بنظام Cu-Ni. قامت شركة Active Metals في الولايات المتحدة وشركة Precision Tube Technology بشكل مشترك بتأسيس شركة تكنولوجيا أنابيب التيتانيوم لإنتاج أنابيب سبائك التيتانيوم ذات القطر الكبير. السبيكة المستخدمة في هذا الأنبوب هي سبيكة TA18 (Ti-3Al-2.5V)، بقطر 650 مم، وسمك جدار 22-25 مم، وطول 350 م، و وزن الأنبوب 80-90طن. ومن المخطط استخدامه لإنتاج النفط البحري. استخدمت شركة أمريكية أخرى أنبوبًا غير ملحوم من سبائك التيتانيوم بطول 15 مترًا، وقطر خارجي 600 ملم، وسمك جدار 25 ملم لتصنيع أنبوب عمودي بطول 500 متر تقريبًا عن طريق البثق، والذي تم استخدامه في منصة الحفر البحرية. يقال أن وزن هذا الأنبوب العمودي يمكن أن ينخفض إلى النصف، وبالتالي تقليل تكلفة الصابورة بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك، فهي تتمتع أيضًا بصلابة عالية للكسر وعمر تعب طويل.
أثبتت الممارسة أن سبيكة Ti-6Al-4V (Gr.5_TC4) هي أفضل مادة لأنابيب الحفر. كتطبيق الحفر، قوة الخضوع وقوة الكلال مهمة. ولذلك، فإن سبائك Gr.5 ذات العناصر الخلالية المنخفضة بشكل خاص مناسبة لأجهزة الرفع الديناميكية الأكثر أهمية. عندما تتجاوز درجة حرارة التشغيل 75-80 درجة، من أجل منع تآكل الشقوق أو التآكل الإجهادي، يتم استخدام سبيكة Gr29 المحتوية على الروثينيوم. تشتمل المكونات شائعة الاستخدام على أجهزة رفع الحفر الساحلية، وأنابيب الحفر، ومفاصل الضغط المدببة (TSJs) وأجهزة الرفع المختلطة من التيتانيوم/الفولاذ.
تم استخدام أجزاء التيتانيوم الصغيرة مثل مضخات التيتانيوم والصمامات والمفاصل والمثبتات والتركيبات وقطع الغيار على نطاق واسع في منصات إنتاج النفط. كما تستخدم سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في قذائف التنقيب عن النفط البحري الأجنبي وأدوات الكشف عن الآبار.
بناء الميناء
تحتوي مادة التيتانيوم على طبقة أكسيد بسمك لا يزيد عن 10 نانومتر على سطحها. إنه مستقر للغاية في بيئة قابلة للتآكل ولديه مقاومة ممتازة للتآكل في الهواء ومياه البحر والبيئة البحرية. وهي حاليًا مادة خام يمكنها التكيف مع البيئات البحرية المختلفة. لقد طورت اليابان المحيط بقوة، مثل الجسر من هونشو إلى شيكوكو، وطريق عبور خليج طوكيو، ومطار كانساي، وقاعدة تخزين النفط العائمة. اختبار التعرض الذي أجرته وزارة البناء اليابانية ونادي الصلب على نهر أوي واختبارات التعرض المضادة للتآكل المختلفة التي أجرتها وزارة النقل وجمعية خوازيق الأنابيب الفولاذية على رصيف الرمل المنجرف هاساكي يظهر أيضًا أن التيتانيوم مادة سامة. مادة مناسبة. بالإضافة إلى أدائه الممتاز في مقاومة التآكل، يتمتع التيتانيوم أيضًا بمزايا وجود عدد قليل جدًا من الأيونات الذائبة في بيئات مياه البحر، ولا داعي للقلق بشأن التلوث البيئي. كما قامت اليابان ببناء هيكل بحري عائم ضخم للغاية، باستخدام مواد مركبة من التيتانيوم والفولاذ في مناطق التنظيف بمياه البحر؛ في بناء طريق عبور خليج طوكيو، تم استخدام مواد التيتانيوم كصناديق مقاومة للرذاذ لأرصفة الجسور، وكمية التيتانيوم المستخدمة لكل رصيف جسر هي 0.9 طن. تشمل المباني البحرية العائمة الكبيرة التي تم استخدامها أو المخطط لها المطارات والقواعد اللوجستية للموانئ والمرافق الرياضية وما إلى ذلك.
محطة كهرباء ساحلية
يعد الاستغلال الشامل لمياه البحر أحد المشاريع المهمة في الهندسة البحرية. مكثف محطة الطاقة الساحلية هو جهاز يستخدم كمية كبيرة من مياه البحر. يستخدم التيتانيوم المستخدم في محطات الطاقة الساحلية بشكل رئيسي في المكثفات. وبما أن المكثف يستخدم مياه البحر كمياه تبريد، وتحتوي مياه البحر على كمية كبيرة من الطين والمواد العالقة والكائنات البحرية والمواد المسببة للتآكل المختلفة، فإن الوضع أكثر خطورة في المياه المالحة العذبة حيث تتناوب مياه البحر ومياه النهر. تستخدم المكثفات التقليدية أنابيب من سبائك النحاس، والتي غالبًا ما تتضرر بشدة بسبب التآكل المتنوع في مياه البحر. يتمتع التيتانيوم بمقاومة جيدة للتآكل في مياه البحر، وخاصة في مياه البحر الملوثة، كما أن مقاومته للتآكل والتآكل عالية السرعة لمياه البحر رائعة بشكل خاص.
جهاز تحلية مياه البحر
"الماء هو مصدر الحياة." في الوقت الحاضر، أصبح نقص الموارد المائية مشكلة يعاني منها العالم. حوالي 25% من سكان العالم ليس لديهم موارد كافية من مياه الشرب. إن الأنهار البرية وموارد المياه الجوفية في العالم بعيدة كل البعد عن تلبية احتياجات التنمية الصناعية. لذلك، في المستقبل، ستكون تحلية مياه البحر وسيلة فعالة للبشر لحل موارد المياه العذبة.
