Med raziskovanjem in razvojem nafte in plina je oprema za vrtanje dolgotrajno izpostavljena-velikim obremenitvam, močnim udarcem, obrabi in koroziji. Izbira materialov neposredno vpliva na zanesljivost opreme, življenjsko dobo in varnost delovanja. Ker delovno okolje obsega globoko, visoko{3}}temperaturno, visoko{4}}tlačno okolje, jedke medije, ki vsebujejo vodikov sulfid ali ogljikov dioksid, in abrazivne trdne snovi, kot sta pesek in blato, postane izbira ustreznega materiala osrednji tehnični vidik izdelave in vzdrževanja opreme za vrtanje.
Glavne strukturne komponente opreme za vrtanje, kot so dvigalo, podnožje in ohišje vitla, običajno uporabljajo visoko{0}}trdno nizko{1}}legirano konstrukcijsko jeklo, kot je serija Q345 ali ASTM A572. Ta jekla ohranjajo dobro žilavost in varivost, hkrati pa imajo visoko mejo tečenja in odpornost proti utrujenosti, kar jim omogoča, da prenesejo ponavljajoče se dviganje in udarne obremenitve. V pogojih ekstremne obremenitve, kot so ultra-globoke vrtine ali ploščadi na morju, je dodatno izbrano kaljeno legirano strukturno jeklo ali jeklo za tlačne posode za izboljšanje splošnih mehanskih lastnosti in stabilnosti.
Ključne komponente, ki so izpostavljene vrtenju in udarcem, kot so vrtalne cevi, vrtalne obrobe in dvižne verige, morajo imeti visoko trdnost, visoko žilavost in odlično odpornost proti utrujenosti. Običajno uporabljeni materiali vključujejo jekla iz krom-molibdenove zlitine (kot sta 4145H in 4340), ki po popuščanju in površinskem utrjevanju znatno izboljšajo vzvojno in upogibno trdnost, hkrati pa zakasnijo nastanek razpok pod ciklično obremenitvijo. Spoji vrtalnih cevi morajo biti zaradi pogostega spajanja in razstavljanja tudi dobro odporni na obrabo lepila in korozijo, pogosto obdelani s fosfatiranjem, bakrenjem ali posebnimi premazi.
Ohišja črpalk, sedeži ventilov, bati in cevovodi v sistemih za kroženje blata, ki se soočajo z erozijo in kemično korozijo blata z visoko-hitrostjo,-ki vsebuje pesek, pogosto uporabljajo lito železo z visoko-kromovo vsebnostjo, nikljevo-trdo lito železo ali dupleksno nerjavno jeklo. Lito železo z visoko vsebnostjo-kroma se s svojo odlično odpornostjo proti obrabi pogosto uporablja v oblogah cilindrov in tekačih, medtem ko ima dupleksno nerjavno jeklo prednost pri uravnoteženju odpornosti proti koroziji in trdnosti v medijih,-ki vsebujejo klorid, ali kislih medijih. Za ročično gred in ojnico visoko-črpalke za blato je izbrano kovano jeklo s površinsko ojačitvijo, ki zagotavlja, da odpornost na udarce in odpornost na utrujenost izpolnjujeta zahteve za dolgoročno-delovanje.
Sklop preprečevalca izbruhov (BOP) kot jedro zagotavljanja varnosti zahteva, da material ohišja in vrat izpolnjuje zahteve glede visoke trdnosti in odpornosti na stresno korozijo z vodikovim sulfidom. Običajno se uporablja visoko{1}}kakovostno legirano jeklo, ki je podvrženo strogi toplotni obdelavi in ne-porušitvenemu testiranju, da se zagotovi, da se pod izjemnim pritiskom ne zlomi ali pušča. Tesnila so večinoma izdelana iz fluorokavčuka, poliuretana ali modificiranega politetrafluoroetilena (PTFE), da se prilagodijo širokemu temperaturnemu razponu in različnim kemičnim okoljem vrtalne tekočine.
Izbira materiala zahteva celovito oceno mehanskih lastnosti, odpornosti proti koroziji, odpornosti proti obrabi, obdelovalnosti in ekonomičnosti ter mora biti usklajena z delovnim okoljem in pričakovano življenjsko dobo. Uvedba analize načina odpovedi med fazami načrtovanja in vzdrževanja ter uvedba nadgradnje materiala ali ojačitev površine za visoko{1}}obremenjene, ranljive dele lahko učinkovito zmanjša tveganje nenadnih okvar. Strategija izbire znanstvenih materialov ne le izboljša zanesljivost delovanja opreme za vrtanje, temveč zagotavlja tudi trdno jamstvo za varen in učinkovit razvoj kompleksnih virov nafte in plina.