Brush Wellman Inc. Ведущий лидер в производстве надежных сплавов с высокими характеристиками необходимих для современной нефтегазовой промыщленности © 2004 Brush Wellman Inc. Ключ к успеху в Oil & Gas • • • • • • • • Одобрение клиентов и NACE. – NACE MR0-175 and ISO 15156 Международная организация по стандартизации для пользователей. Способность соответcтвовать спецификации материалов для клиента и отрасли – API Specification 7 for Drill String components. – API Specification 6 for Subsea or Surface Valve components. Global availability of critical alloy products on short notice. Custom capability when needed. Конкурентные цены. Знания & вовлеченность в новые технические тренды. Развитие новых материалов, отвечающим требованиям клиентов. Развитие новых материалов, отвечающих требованиям спроса при использовании в условиях агрессивной среды. Техническая поддержка. Brush Wellman отвечает всем этим требованиям. © 2004 Brush Wellman Inc. Вопросы и ответы • Какие изделия мы продаем? • Как и почему применяются наши изделия? • Какие преимущества предлагает наш продукт производителям современного оборудования в нефтяной области? • Как наш продукт попадает на рынок? © 2004 Brush Wellman Inc. Какие продукты мы продаем ? © 2004 Brush Wellman Inc. Сплавы Brush для нефти и газа Strengthened primarily by heat treatment • Alloy 25 – UNS C17200 – Cu-Be 1.8 • Alloy 3 – UNS C17510 – Cu-Be 0.3 • ToughMet 3 – UNS C96900 – UNS C72900 – Cu-Ni15-Sn8 © 2004 Brush Wellman Inc. Сравнение общих свойств отобранных высокопрочностных сплавов меди Property* Alloy 25 ToughMet 3 Условный предел, 0.2% прочности (ksi) 110 - 180 90 - 165 Предельное растяжение (ksi) 145 - 200 120 - 185 Удлинение (%) 18 - 4 15 - 6 Модуль Юнга (106 psi) 18.5 18.5 Твердость (HV) 305 - 415 305 - 385 Электропроводность (%IACS) 20 - 28 9 - 12 Термопроводимость (Btu/f/hr/F) 53 - 67 22 - 30 Thermal Expansion, ppm/ deg F 9.7 9.1 Удельная теплоемкость (Btu/lb/deg F) 0.101 0.091 Вязкость (ft-lbs) 15 - 6 15 - 6 Вязкость разрушения (ksi-in-1/2) 80-35 100-60 Предел выносливости (108 cycles, ksi, R= -1) 35 - 60 40 - 75 Плотность (Lb per cu-in) 0.3 0.32 Магнитная проницаемость < 1.001 <1.001 © 2004 Brush Wellman Inc. Alloy C95510 50 - 75 95 - 120 18 - 5 17 215 8 - 10 22 9 0.1 10 - 8 25 - 40 0.27 slightly magnetic Как и почему используются наши продукты? © 2004 Brush Wellman Inc. Brush предлагает 3 основных преимущества в технологии материалов для наших клиентов в нефтяной области • Omega Process Cu-Be – Запатентованный процесс и изделия. – Контроль за размером зерна, свойства непревзойденные конкурентами. – Enhanced fracture toughness. • Equacast Process C95510 Tube – Запатентованный процесс. – Экономит деньги и материал прутка. • Equacast Spinodal ToughMet C72900 and C96900 – Запатентованный процесс и изделия. – Превосходящий все другое материал, способный изменить нишу рынка на последующие годы. – Намного лучшая коррозионостойкость от всех медных сплавов. – Такая же прочность как у Cu-Be сплавов с улучшенными свойствами, повышенной прочностью при повышенных температурах. © 2004 Brush Wellman Inc. Omega Alloy 25 (C17200) обеспечивает превосходящую неоднородность и контроль за сопротивлением разрушения зерна. Brush Omega Alloy 25 Cu-Be 100 X transverse section Competitor Material Cu-Be 100 X transverse section © 2004 Brush Wellman Inc. ToughMetTM 3 AT © 2004 Brush Wellman Inc. ToughMet 3 TS © 2004 Brush Wellman Inc. © 2004 Brush Wellman Inc. Успешное использование Brush Wellman Alloy 25 Cu-Be в нефтяной отрасли • Подшипники для головок бура • Немагнитные гибкие приводные валы двигателя • немагнитные корпуса для электроники нисходящих скважин и батареи в инструментах для измерения при бурении, в каротажных инструментах и инструментах управления при горизонтальном направленном бурении • немагнитные, нестирающиеся втулки буровой колонны нисходящей скважины • подводные затворы, приводы, стяжные кольца и опоры. © 2004 Brush Wellman Inc. Почему используют CuBe? Collapse Pressure as a Function of Outside Diameter Fatigue Strength Rotating Bend Fatigue Strength 30 • • • • • • • • • 100 Collapse Pressure (ksi) • Strength 125 max. High Strength Alloys, R = -1 R = -1 Stress Maximum Stress (ksi) 150 0 min. 75 50 rotation bending moment 25 0 25 20 15 10 5 140 120 100 Yield Strength (ksi) 0 104 105 106 Cycles to Failure 107 108 calculations ba sed on API 5C3 1.85 1.9 1.95 Outside Diameter (inch) 2 2.05 2.1 1.6 inch ID Anti-galling when in contact with stainless steels and other alloys Sufficient wear and erosion resistance Elastic modulus ~ 50% lower than steel … high bending resiliency Non-magnetic : magnetic permeability is < 1.001 High electrical and thermal conductivity: Alloy 3 is 55% IACS No chloride (brine / seawater / completion fluid) pitting or cracking. No hydrogen embrittlement cracking in sour wells NACE MR0175, ISO 15156 approved Good machinability compared to other materials … cost savings © 2004 Brush Wellman Inc. Успешное использование ToughMet (Cu-Ni-Sn) в нефтяной и газовой отрасли • • • • • • • • • • • Well Perforation Gun explosive charge liners Drill string centralizers, stabilizers, and shock collars. Roller cone drill bit bearings. Rotary steerable drilling tool hardware including housings, actuators, bearings, pistons, power transmission joints, drive shafts, etc. in control and bias units Sucker rods and polished rods Subsea well control manifold hydraulic connectors Sour service MWD, LWD pressure housings for electronics and batteries Expandable well casing sand screen tool bearings Sour service and subsea valve actuators, lifting nuts, other mechanical components in connction and actuation systems. Kelly valve seats. Reservoir completion and formation isolation valve indexers Non-magnetic mud motor stators © 2004 Brush Wellman Inc. Почему использование ToughMet в нефтяной отрасли так быстро растет? ToughMet более ценный для наших клиентов чем все другие материалы многократного применения. • Высокая прочность • Улучшение допусков по прочности (фактическая усталость) • Превосходная способность механической обработки (понижение затрат) • Хорошая коррозионостойкость в агресивных средах • Хорошая устойчивость против коррозии в морской воде • Коррозионостойкость в жидких средах • Более низкое трение в контакте с другими металлами • Более стойкий против воздействия разрушающих факторов • Намного более высокая вязкость разрушения, чем у других высокопрочностных медных сплавов. • Не магнитный материал © 2004 Brush Wellman Inc. ToughMet предлагает разведку и производство нефти и газа с новыми возможностями. • ToughMet позволяет производить вращательные инструменты большей точности и более короткие сроки чем ранее • Направленное бурение большей точности возможно теперь в более горячих и окислительных средах. © 2004 Brush Wellman Inc. Причины использования ToughMet в нефтегазовой сфере. • ToughMet material properties… – – – – – – – High strength and resiliency. Non - galling. Low erosion wear. Sour corrosion resistance. Not magnetic. Easy to machine into components. Available as Tube from the mill. 100 10 Corrosion Rate Alloy 25 ToughMet 3 Inconel 1 0.1 • …provide many solutions… – – – Much lower component costs versus titanium, nickel ,cobalt, or steel. Eliminates mechanical damage in the field. Works in harsh environments…ToughMet is the only material which brings all the needed properties together and also works in sour fluids. 0.01 More Sour and Hot ToughMet Cu-Be 25 • …valuable for the end customer and Brush. Machinability Index (FC Steel=100) Alloy Steel – Best performance at the lowest total ownership cost. Stainless Ni-alloy 0 © 2004 Brush Wellman Inc. 50 100 150 200 250 300 Какие другие преимущества предлагают наши изделия для конструкторов современного нефтяного оборудования ? © 2004 Brush Wellman Inc. Alloy 25 CuBe1.8 C17200 © 2004 Brush Wellman Inc. Alloy 25 Rod and Tube Property Combinations Recent Lean-Sigma improvements to heavy-sectioned products have opened new opportunities for flex collars and subsea valves YIELD STRENGTH ELONGATION (%) 0.2% OFFSET New Technology (Mpa) (Kpsi) 1034 150 5 7 Valve 965 140 6 Actuators 896 130 8 827 120 9 12% with Non-mag. 100 10 759 110 drill collars 15 ft-lb CVN © 2004 Brush Wellman Inc. Реакция на упрочнение при старении -- Alloy 25 600°F (315°C) 140 550°F (290°C) 180 130 120 160 700°F (370°C) 140 110 100 90 120 80 70 100 1 2 3 4 Время старения (часов) © 2004 Brush Wellman Inc. (kg/mm2) Предел прочности на растяжение кг/дюйм кв. 200 Cryogenic Testing of Alloy 25 220 16 210 14 200 12 190 10 Tensile Strength (ksi) Yield Strength (ksi) 180 8 170 6 160 4 150 2 140 -420 -320 70 Temperature °F © 2004 Brush Wellman Inc. % Elongation CVN Impact Energy (foot pounds) Усталостная прочность Alloy 25 Циклов до разрушения 150 Сплавы высокой прочности, R = -1 125 100 нагрузка Максимальная нагрузка кг/дюйм кв. Усталостная прочность при изгибе с вращением max. 0 min. 75 50 вращение момент изгиба 25 0 104 105 106 © 2004 Brush Wellman Inc. 107 108 Сопротивление схватываемости сплавов Brush (Alloy 25 and ToughMet 3) Threshold Galling Stress Metals in Contact Alloy 25 (145) vs. Alloy 25 (145) Alloy 25 (145) vs. Nitronic 50 (79) Alloy 25 (145) vs. Monel K 500 (115) Alloy 25 (145) vs. Ti-6Al-4V (142) Nitronic 50 (79) vs. Nitronic 50 (79) Monel K 500 (115) vs. Monel K 500 (115) ToughMet 3 AT (110) vs ToughMet 3 AT (110) Galling Stress (ksi) 100 + 60 + 50 + 7.5 2 < 10 90+ •Метод испытания по ASTM G98 • номер в интервалах после обозначения сплава 0.2% смещение предел текучести, кг/дюйм кв © 2004 Brush Wellman Inc. . ToughMet 3 CuNi15Sn8 C72900, C96900 © 2004 Brush Wellman Inc. © 2004 Brush Wellman Inc. ToughMet 3 Rod, Seamless Tube, and Rings Minimum Mechanical Properties Cpk = 1.0 @ 95% confidence level. Temper Rod Tube Dimensional Capability Dimensional Capability CX 105 1-1/8-12 inch diam 1-1/8 – 10 inch diam AT 110 AMS 4596 1-9 AT 110 AMS 4596 NA TS 110 3/8- 2-3/4 TS 150 NA TS 160U AMS 4597 3/8 –2-3/4 Min UTS ksi Min Elong % in 2 inch 110 Min YS 0.2 offset ksi 95-105 Min CVN Ft-lb 4 Min Hardness HRC 30 1-5/8 – 8 125 110 10-6 30 <10 30 inch max length 80 inch max OD 13 inch min ID Up to 6-3/4 OD 120 115 11 30 <10 120 110 15 23 20 1.5 min ID 2.25 Max OD Up to 6-3/4 OD 158 150 5 36 <10 165-160 150 5-3 34 <10 © 2004 Brush Wellman Inc. <10 Machinability Expected ASTM E618 Machinability Index of ToughMet® Suggests Part Production Rates 5X versus Other High-Strength Corrosion Resistant Materials ToughMet Cu-Be 25 Machinability Index (FC Steel=100) Alloy Steel Stainless Ni-alloy 0 50 100 150 200 250 © 2004 Brush Wellman Inc. 300 Recommended machining practices may be found on the Brush website. Уровень коррозии сплавов ToughMet® в условиях NACE • NACE Level I < 1 mil per yr. • NACE Level IV ~ 1 mil per yr. • NACE Level V ~ 3 mil per yr. • NACE Level VII > 100 mil per yr. © 2004 Brush Wellman Inc. Corrosion of Geometrically Identical Specimens of Alloy 25 (Copper Alloy) & ToughMet 3 spinodal CUNiSn in Sour Test Environments Weight Loss (%) 100 10 Alloy 25 ToughMet 3 Inconel 1 0.1 0.01 Level I Level IV Level V Extreme/ Level VII Increasingly Aggressive NACE Standard Sour Testing Environments © 2004 Brush Wellman Inc.