Durante l'esplorazione e lo sviluppo di petrolio e gas, le attrezzature di trivellazione sopportano carichi elevati a lungo termine,-forti impatti, usura e corrosione. La scelta dei materiali influisce direttamente sull'affidabilità, sulla durata e sulla sicurezza operativa dell'apparecchiatura. Poiché l'ambiente operativo comprende ambienti profondi, ad alta-temperatura, ad alta-pressione, mezzi corrosivi contenenti idrogeno solforato o anidride carbonica e solidi abrasivi come sabbia e fango, la selezione adeguata dei materiali diventa un aspetto tecnico fondamentale della produzione e della manutenzione delle attrezzature di perforazione.
I principali componenti strutturali delle attrezzature di perforazione, come la torre di trivellazione, la base e l'alloggiamento del verricello, utilizzano in genere acciaio strutturale ad alta-resistenza basso-legato, come la serie Q345 o ASTM A572. Questi acciai mantengono una buona tenacità e saldabilità pur possedendo un elevato carico di snervamento e resistenza alla fatica, consentendo loro di sopportare carichi di sollevamento e di impatto ripetuti. In condizioni di carico estreme, come in pozzi ultra-profondi o piattaforme offshore, l'acciaio strutturale legato temperato o l'acciaio per recipienti a pressione viene ulteriormente selezionato per migliorare le proprietà meccaniche e la stabilità complessive.
I componenti chiave soggetti a rotazione e impatto, come aste di perforazione, collari di perforazione e catene di sollevamento, devono possedere elevata resistenza, elevata tenacità ed eccellente resistenza alla fatica. I materiali comunemente utilizzati includono gli acciai legati al cromo-molibdeno (come 4145H e 4340), che, dopo la tempra e l'indurimento superficiale, migliorano significativamente la resistenza alla torsione e alla flessione ritardando l'inizio delle cricche sotto carico ciclico. I giunti delle aste di perforazione, a causa dei frequenti collegamenti e smontaggi, devono possedere anche una buona resistenza all'usura adesiva e alla corrosione, spesso trattati con fosfatazione, ramatura o rivestimenti speciali.
I corpi delle pompe, le sedi delle valvole, i pistoni e le tubazioni nei sistemi di circolazione del fango, esposti all'erosione e alla corrosione chimica del fango contenente sabbia-ad alta{0}}velocità, spesso utilizzano ghisa ad alto-cromo, ghisa dura al nichel-o acciaio inossidabile duplex. La ghisa ad alto contenuto di-cromo, con la sua eccellente resistenza all'usura, è ampiamente utilizzata nelle canne dei cilindri e nelle giranti, mentre l'acciaio inossidabile duplex presenta un vantaggio nel bilanciare la resistenza alla corrosione e la resistenza in ambienti contenenti cloruro-o acidi. Per l'albero motore e la biella della pompa per fanghi ad alta-pressione, viene selezionato acciaio forgiato con rinforzo superficiale per garantire che la resistenza agli urti e alla fatica soddisfi i requisiti di funzionamento a lungo-termine.
Il gruppo del dispositivo di prevenzione dello scoppio (BOP), in quanto nucleo della garanzia della sicurezza, richiede che il materiale dell'alloggiamento e del cancello soddisfi i requisiti di elevata robustezza e resistenza alla corrosione da stress da idrogeno solforato. Viene comunemente utilizzato acciaio legato di alta-qualità, sottoposto a un rigoroso trattamento termico e a test non-distruttivi per garantire che non si rompa o perda sotto pressione estrema. Le guarnizioni sono per lo più realizzate in gomma fluorurata, poliuretano o politetrafluoroetilene modificato (PTFE) per adattarsi a un ampio intervallo di temperature e a vari ambienti chimici dei fluidi di perforazione.
La selezione del materiale richiede una valutazione completa delle proprietà meccaniche, della resistenza alla corrosione, della resistenza all'usura, della lavorabilità e dell'economia e deve essere adattata all'ambiente di servizio e alla durata di vita prevista. L'introduzione dell'analisi delle modalità di guasto durante le fasi di progettazione e manutenzione e l'implementazione di aggiornamenti dei materiali o di un rafforzamento della superficie per le parti vulnerabili-ad alto stress possono ridurre efficacemente il rischio di guasti improvvisi. Una strategia scientifica di selezione dei materiali non solo migliora l’affidabilità operativa delle attrezzature di perforazione, ma fornisce anche una solida garanzia per lo sviluppo sicuro ed efficiente di complesse risorse di petrolio e gas.