I. المعرفة الأساسية لأنابيب صناعة النفط والغاز
1. شرح المصطلحات
واجهة برمجة التطبيقات: اختصار ل المعهد الامريكي للبترول.
اوكتج: اختصار ل السلع الأنبوبية لدول النفط، بما في ذلك أنابيب غلاف الزيت، وأنابيب الزيت، وأنابيب الحفر، وطوق الحفر، ولقم الثقب، وقضيب المصاص، ومفاصل الجرو، إلخ.
أنابيب النفط: تُستخدم الأنابيب في آبار النفط لاستخراج النفط واستخراج الغاز وحقن الماء والتكسير الحمضي.
غلاف: الأنابيب التي يتم إنزالها من سطح الأرض إلى البئر المحفورة كبطانة لمنع انهيار الجدار.
أنبوب الحفر: الأنابيب المستخدمة لحفر الآبار.
خط الأنابيب: الأنابيب المستخدمة لنقل النفط أو الغاز.
وصلات: أسطوانات تستخدم لربط أنبوبين ملولبين بخيوط داخلية.
مادة اقتران: الأنابيب المستخدمة لتصنيع أدوات التوصيل.
خيوط واجهة برمجة التطبيقات: خيوط الأنابيب المحددة بواسطة معيار API 5B، بما في ذلك الخيوط الدائرية لأنابيب الزيت، وخيوط التغليف الدائرية القصيرة، وخيوط التغليف الدائرية الطويلة، وخيوط التغليف شبه المنحرفة الجزئية، وخيوط أنابيب الخطوط، وما إلى ذلك.
اتصال مميز: سلاسل رسائل غير تابعة لواجهة برمجة التطبيقات (API) ذات خصائص إغلاق خاصة، وخصائص اتصال، وخصائص أخرى.
الفشل: التشوه والكسر وتلف السطح وفقدان الوظيفة الأصلية في ظل ظروف خدمة محددة.
الأشكال الرئيسية للفشل: التكسير، الانزلاق، التمزق، التسرب، التآكل، الترابط، التآكل، وما إلى ذلك.
2. المعايير المتعلقة بالبترول
API Spec 5B، الإصدار السابع عشر - مواصفات الخيوط والقياس وفحص الخيوط للغلاف والأنابيب وخيوط أنابيب الخطوط
مواصفات API 5L، الإصدار 46 – مواصفات خط الأنابيب
مواصفات API 5CT، الإصدار الحادي عشر – مواصفات الغلاف والأنابيب
API Spec 5DP، الإصدار السابع – مواصفات لأنبوب الحفر
API Spec 7-1، الإصدار الثاني – مواصفات العناصر الجذعية للحفر الدوار
API Spec 7-2، الإصدار الثاني – مواصفات الخيوط وقياس الوصلات ذات الأكتاف الدوارة
API Spec 11B، الإصدار الرابع والعشرون - مواصفات قضبان المصاصة، والقضبان والبطانات المصقولة، والوصلات، وقضبان الغطاس، ومشابك القضبان المصقولة، وصناديق الحشو، وقمصان الضخ
آيزو 3183:2019 – صناعات البترول والغاز الطبيعي – الأنابيب الفولاذية لأنظمة نقل خطوط الأنابيب
آيزو 11960:2020 – صناعات البترول والغاز الطبيعي – الأنابيب الفولاذية المستخدمة كغلاف أو أنابيب للآبار
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – صناعات البترول والغاز الطبيعي – مواد للاستخدام في البيئات المحتوية على كبريتيد الهيدروجين في إنتاج النفط والغاز
ثانيا. أنابيب النفط
1. تصنيف أنابيب النفط
تنقسم أنابيب الزيت إلى أنابيب الزيت غير المضطربة (NU)، وأنابيب الزيت الخارجية المضطربة (الاتحاد الأوروبي)، وأنابيب الزيت المشتركة المتكاملة (IJ). تعني أنابيب الزيت NU أن نهاية الأنبوب ذات سماكة عادية وتقوم بتدوير الخيط مباشرة وإحضار الوصلات. تعني الأنابيب المضطربة أن نهايات كلا الأنبوبين مقلوبة من الخارج، ثم ملولبة ومقترنة. تعني الأنابيب المشتركة المتكاملة أن أحد طرفي الأنبوب مزود بخيوط خارجية والطرف الآخر مزود بخيوط داخلية ومتصل مباشرة بدون وصلات.
2. وظيفة أنابيب النفط
① استخراج النفط والغاز: بعد حفر آبار النفط والغاز وتدعيمها، يتم وضع الأنابيب في غلاف النفط لاستخراج النفط والغاز إلى الأرض.
② حقن الماء: عندما يكون الضغط في قاع البئر غير كاف، قم بحقن الماء في البئر من خلال الأنابيب.
③ حقن البخار: في عملية الاستخلاص الساخن للنفط السميك، يتم إدخال البخار إلى البئر باستخدام أنابيب النفط المعزولة.
④ التحمض والتكسير: في المرحلة المتأخرة من حفر الآبار أو لتحسين إنتاج آبار النفط والغاز، من الضروري إدخال وسط التحميض والتكسير أو مادة المعالجة إلى طبقة النفط والغاز، ويتم تجهيز الوسط ومواد المعالجة يتم نقلها من خلال أنابيب النفط.
3. درجة الصلب لأنابيب النفط
الدرجات الفولاذية لأنابيب الزيت هي H40، J55، N80، L80، C90، T95، P110.
ينقسم N80 إلى N80-1 وN80Q، وكلاهما لهما نفس خصائص الشد، والاختلافان هما حالة التسليم واختلافات أداء التأثير، والتسليم N80-1 حسب الحالة الطبيعية أو عندما تكون درجة حرارة التدحرج النهائية أكبر من درجة الحرارة الحرجة Ar3 وتقليل التوتر بعد تبريد الهواء ويمكن استخدامها للعثور على الدرفلة الساخنة بدلاً من الاختبار الطبيعي والتأثير وغير المدمر؛ يجب أن يكون N80Q مخففًا (مرويًا ومخففًا) بالمعالجة الحرارية، ويجب أن تكون وظيفة التأثير متوافقة مع أحكام API 5CT، ويجب أن تكون اختبارًا غير مدمر.
وينقسم L80 إلى L80-1، L80-9Cr وL80-13Cr. خصائصها الميكانيكية وحالة التسليم هي نفسها. الاختلافات في الاستخدام وصعوبة الإنتاج والسعر، L80-1 للنوع العام، L80-9Cr وL80-13Cr عبارة عن أنابيب عالية المقاومة للتآكل، وصعوبة الإنتاج، ومكلفة، وعادة ما تستخدم في آبار التآكل الثقيلة.
يتم تقسيم C90 وT95 إلى نوعين، وهما C90-1 وC90-2 وT95-1 وT95-2.
4. أنابيب الزيت شائعة الاستخدام من الدرجة الفولاذية واسم الفولاذ وحالة التسليم
أنابيب زيت J55 (37Mn5) NU: مدرفلة على الساخن بدلاً من التطبيع
أنابيب زيت الاتحاد الأوروبي J55 (37Mn5): تم تطبيعها بالطول الكامل بعد الإزعاج
أنابيب زيت N80-1 (36Mn2V) NU: مدرفلة على الساخن بدلاً من التطبيع
N80-1 (36Mn2V) أنابيب زيت الاتحاد الأوروبي: تم تطبيعها بالطول الكامل بعد الإزعاج
أنابيب الزيت N80-Q (30Mn5): 30Mn5، تقسية كاملة الطول
L80-1 (30Mn5) أنابيب الزيت: 30Mn5، تقسية كاملة الطول
أنابيب الزيت P110 (25CrMnMo): 25CrMnMo، تقسية كاملة الطول
اقتران J55 (37Mn5): مدرفل على الساخن على الإنترنت
اقتران N80 (28MnTiB): تقسية كاملة الطول
L80-1 (28MnTiB) اقتران: خفف كامل الطول
اقتران P110 (25CrMnMo): تقسية كاملة الطول
ثالثا. غلاف الأنابيب
1. التصنيف ودور الغلاف
الغلاف هو الأنبوب الفولاذي الذي يدعم جدار آبار النفط والغاز. ويتم استخدام عدة طبقات من الغلاف في كل بئر وفقاً لأعماق الحفر المختلفة والظروف الجيولوجية. يستخدم الأسمنت في تدعيم الغلاف بعد إنزاله في البئر، وعلى عكس أنابيب النفط وأنبوب الحفر، لا يمكن إعادة استخدامه وينتمي إلى مواد استهلاكية يمكن التخلص منها. لذلك، فإن استهلاك الغلاف يمثل أكثر من 70 بالمائة من جميع أنابيب آبار النفط. يمكن تقسيم الغلاف إلى غلاف موصل، وغلاف وسيط، وغلاف إنتاج، وغلاف بطانة وفقًا لاستخدامه، وتظهر هياكلها في آبار النفط في الشكل 1.
①غلاف الموصل: عادة باستخدام درجات API K55 أو J55 أو H40، يعمل غلاف الموصل على تثبيت رأس البئر وعزل طبقات المياه الجوفية الضحلة التي يبلغ قطرها عادةً حوالي 20 بوصة أو 16 بوصة.
②الغلاف المتوسط: يتم استخدام الغلاف المتوسط، غالبًا ما يكون مصنوعًا من درجات API K55 أو N80 أو L80 أو P110، لعزل التكوينات غير المستقرة ومناطق الضغط المتغيرة، بأقطار نموذجية تبلغ 13 3/8 بوصة، أو 11 3/4 بوصة، أو 9 5/8 بوصة .
③غلاف الإنتاج: تم تصنيع غلاف الإنتاج من الفولاذ عالي الجودة مثل درجات API J55 أو N80 أو L80 أو P110 أو Q125، لتحمل ضغوط الإنتاج، عادةً بأقطار تبلغ 9 5/8 بوصة، أو 7 بوصات، أو 5 1/2 بوصة.
④ غلاف البطانة: تقوم البطانات بتمديد حفرة البئر إلى الخزان، باستخدام مواد مثل درجات API L80 أو N80 أو P110، بأقطار نموذجية تبلغ 7 بوصات، أو 5 بوصات، أو 4 1/2 بوصات.
⑤الأنابيب: تنقل الأنابيب الهيدروكربونات إلى السطح، باستخدام درجات API J55، أو L80، أو P110، وهي متوفرة بأقطار 4 1/2 بوصة، أو 3 1/2 بوصة، أو 2 7/8 بوصة.
رابعا. أنبوب الحفر
1. تصنيف ووظيفة الأنابيب لأدوات الحفر
أنبوب الحفر المربع، أنبوب الحفر، أنبوب الحفر الموزون، وطوق الحفر في أدوات الحفر يشكل أنبوب الحفر. أنبوب الحفر هو أداة الحفر الأساسية التي تدفع لقمة الحفر من الأرض إلى قاع البئر، كما أنه عبارة عن قناة من الأرض إلى قاع البئر. ولها ثلاثة أدوار رئيسية:
① لنقل عزم الدوران لقيادة لقمة الحفر للحفر؛
② الاعتماد على وزنه لقمة الحفر لكسر ضغط الصخور في قاع البئر؛
③ لنقل سائل الغسيل، أي حفر الطين عبر الأرض من خلال مضخات الطين ذات الضغط العالي، وعمود الحفر في ثقب البئر يتدفق إلى قاع البئر لطرد الحطام الصخري وتبريد لقمة الحفر، وحمل الحطام الصخري من خلال السطح الخارجي للعمود وجدار البئر بين الحلقة لتعود إلى الأرض، لتحقيق غرض حفر البئر.
يتحمل أنبوب الحفر في عملية الحفر مجموعة متنوعة من الأحمال المتناوبة المعقدة، مثل الشد والضغط والالتواء والانحناء وغيرها من الضغوط، كما يتعرض السطح الداخلي أيضًا للتآكل والطين عالي الضغط.
(1) أنبوب الحفر المربع: يحتوي أنبوب الحفر المربع على نوعين من النوع الرباعي والنوع السداسي، وعادة ما تستخدم أنابيب حفر البترول الصينية كل مجموعة من أعمدة الحفر أنبوب حفر من النوع الرباعي. المواصفات: 63.5 ملم (2-1/2 بوصة)، 88.9 ملم (3-1/2 بوصة)، 107.95 ملم (4-1/4 بوصة)، 133.35 ملم (5-1/4 بوصة)، 152.4 ملم ( 6 بوصات) وهكذا. عادة، الطول المستخدم هو 12 ~ 14.5 م.
(2) أنبوب الحفر: أنبوب الحفر هو الأداة الرئيسية لحفر الآبار، وهو متصل بالطرف السفلي لأنبوب الحفر المربع، ومع استمرار بئر الحفر في التعمق، يستمر أنبوب الحفر في إطالة عمود الحفر واحدًا تلو الآخر. مواصفات أنبوب الحفر هي: 60.3 ملم (2-3/8 بوصة)، 73.03 ملم (2-7/8 بوصة)، 88.9 ملم (3-1/2 بوصة)، 114.3 ملم (4-1/2 بوصة) ، 127 ملم (5 بوصات)، 139.7 ملم (5-1/2 بوصة) وما إلى ذلك.
(3) أنابيب الحفر الثقيلة: أنبوب الحفر الموزون عبارة عن أداة انتقالية تربط بين أنبوب الحفر وطوق الحفر، مما يمكنه تحسين حالة القوة لأنبوب الحفر وزيادة الضغط على لقمة الحفر. المواصفات الرئيسية لأنبوب الحفر الموزون هي 88.9 ملم (3-1/2 بوصة) و127 ملم (5 بوصات).
(4) طوق الحفر: يتم توصيل طوق الحفر بالجزء السفلي من أنبوب الحفر، وهو عبارة عن أنبوب خاص سميك الجدران ذو صلابة عالية، ويمارس الضغط على لقمة الحفر لكسر الصخور، ويلعب دورًا توجيهيًا عند حفر بئر مستقيم. المواصفات العامة لأطواق الحفر هي 158.75 ملم (6-1/4 بوصة)، 177.85 ملم (7 بوصات)، 203.2 ملم (8 بوصات)، 228.6 ملم (9 بوصات) وما إلى ذلك.
خامسا خط الأنابيب
1. تصنيف خطوط الأنابيب
يتم استخدام أنابيب الخط في صناعة النفط والغاز لنقل النفط والنفط المكرر والغاز الطبيعي وخطوط أنابيب المياه مع اختصار الأنابيب الفولاذية. تنقسم خطوط أنابيب نقل النفط والغاز بشكل أساسي إلى خطوط أنابيب رئيسية، وخطوط أنابيب فرعية، وخطوط أنابيب شبكة خطوط الأنابيب الحضرية، ثلاثة أنواع من نقل خطوط الأنابيب الرئيسية بالمواصفات المعتادة لـ ∅406 ~ 1219 مم، وسمك الجدار 10 ~ 25 مم، ودرجة الفولاذ X42 ~ X80 ; عادةً ما تكون خطوط أنابيب الخطوط الفرعية وخطوط أنابيب شبكة خطوط الأنابيب الحضرية مواصفات ∅114 ~ 700 مم، وسمك الجدار 6 ~ 20 مم، ودرجة الفولاذ لـ X42 ~ X80. درجة الفولاذ هي X42～X80. أنبوب الخط متاح كنوع ملحوم ونوع غير ملحوم. يتم استخدام أنابيب الخط الملحومة أكثر من الأنابيب الخطية غير الملحومة.
2. معيار خط الأنابيب
API Spec 5L – مواصفات خطوط الأنابيب
ISO 3183 – صناعات البترول والغاز الطبيعي – الأنابيب الفولاذية لأنظمة نقل خطوط الأنابيب
3. PSL1 وPSL2
PSL هو اختصار لـ مستوى مواصفات المنتج. ينقسم مستوى مواصفات منتج خط الأنابيب إلى PSL 1 وPSL 2، ويمكن القول أيضًا أن مستوى الجودة مقسم إلى PSL 1 وPSL 2. PSL 2 أعلى من PSL 1، ومستويات المواصفات 2 لا تحتوي فقط على متطلبات اختبار مختلفة، لكن متطلبات التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية مختلفة، لذلك وفقًا لأمر API 5L، فإن شروط العقد بالإضافة إلى تحديد المواصفات ودرجة الفولاذ والمؤشرات الشائعة الأخرى، ولكن يجب أيضًا الإشارة إلى مستوى مواصفات المنتج، أي PSL 1 أو PSL 2. PSL 2 في التركيب الكيميائي، وخصائص الشد، وقوة التأثير، والاختبارات غير المدمرة، وغيرها من المؤشرات أكثر صرامة من PSL 1.
4. درجة الصلب لأنابيب الخط، التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية
يتم تقسيم درجة فولاذ أنابيب الخط من الأقل إلى الأعلى إلى: A25، A، B، X42، X46، X52، X60، X65، X70، وX80. للحصول على التركيب الكيميائي التفصيلي والخصائص الميكانيكية، يرجى الرجوع إلى مواصفات API 5L، الإصدار السادس والأربعون.
5. متطلبات الاختبار الهيدروستاتيكي لأنابيب الخط والفحص غير المدمر
يجب أن يتم إجراء اختبار هيدروليكي فرعًا تلو الآخر، ولا يسمح المعيار بتوليد ضغط هيدروليكي غير مدمر، وهو أيضًا فرق كبير بين معيار API ومعاييرنا. لا يتطلب PSL 1 اختبارًا غير مدمر، ويجب أن يكون PSL 2 اختبارًا غير مدمرًا فرعًا تلو الآخر.
السادس. اتصالات متميزة
1. مقدمة للاتصالات المميزة
Premium Connection عبارة عن خيط توجيه ذو بنية خاصة تختلف عن خيط API. على الرغم من أن غلاف النفط الملولب API الحالي يستخدم على نطاق واسع في استغلال آبار النفط، إلا أن عيوبه تظهر بوضوح في البيئة الخاصة لبعض حقول النفط: عمود الأنابيب الملولب الدائري API، على الرغم من أن أداء الختم أفضل، فإن قوة الشد التي يتحملها الخيوط الجزء يعادل فقط 60% إلى 80% من قوة جسم الأنبوب، وبالتالي لا يمكن استخدامه في استغلال الآبار العميقة؛ عمود الأنابيب الملولب شبه المنحرف API، على الرغم من أن أداء الشد الخاص به أعلى بكثير من أداء الاتصال الملولب المستدير API، إلا أن أداء الختم الخاص به ليس جيدًا. على الرغم من أن أداء الشد للعمود أعلى بكثير من أداء اتصال الخيط المستدير API، إلا أن أداء الختم الخاص به ليس جيدًا جدًا، لذلك لا يمكن استخدامه في استغلال آبار الغاز ذات الضغط العالي؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن للشحوم الملولبة أن تلعب دورها فقط في البيئة مع درجة حرارة أقل من 95 درجة مئوية، لذلك لا يمكن استخدامها في استغلال الآبار ذات درجة الحرارة العالية.
بالمقارنة مع الخيط المستدير API والاتصال الخيطي شبه المنحرف الجزئي، فقد حقق الاتصال المتميز تقدمًا كبيرًا في الجوانب التالية:
(1) الختم الجيد، من خلال تصميم هيكل الختم المرن والمعدني، يجعل ختم الغاز المشترك مقاومًا للوصول إلى الحد الأقصى لجسم الأنبوب ضمن ضغط الخضوع؛
(2) قوة اتصال عالية، متصلة بإبزيم خاص لغلاف الزيت، قوة اتصالها تصل أو تتجاوز قوة جسم الأنبوب، لحل مشكلة الانزلاق بشكل أساسي؛
(3) من خلال اختيار المواد وتحسين عملية المعالجة السطحية، تم حل مشكلة التصاق الخيط بشكل أساسي؛
(4) من خلال تحسين الهيكل، بحيث يكون توزيع الضغط المشترك أكثر معقولية وأكثر ملاءمة لمقاومة التآكل الإجهادي؛
(5) من خلال هيكل الكتف للتصميم المعقول، بحيث يكون تشغيل الإبزيم على العملية أسهل في التنفيذ.
في الوقت الحاضر، تفتخر صناعة النفط والغاز بأكثر من 100 وصلة متميزة حاصلة على براءة اختراع، مما يمثل تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الأنابيب. توفر تصميمات الخيوط المتخصصة هذه قدرات إغلاق فائقة، وقوة اتصال متزايدة، ومقاومة معززة للضغوط البيئية. ومن خلال مواجهة التحديات مثل الضغوط العالية والبيئات المسببة للتآكل ودرجات الحرارة القصوى، تضمن هذه الابتكارات قدرًا أكبر من الموثوقية والكفاءة في عمليات آبار النفط في جميع أنحاء العالم. يؤكد البحث والتطوير المستمر في الوصلات المتميزة على دورها المحوري في دعم ممارسات الحفر الأكثر أمانًا وإنتاجية، مما يعكس الالتزام المستمر بالتميز التكنولوجي في قطاع الطاقة.
اتصال VAM®: تتميز وصلات VAM®، المعروفة بأدائها القوي في البيئات الصعبة، بتكنولوجيا الختم المتقدمة من المعدن إلى المعدن وقدرات عزم الدوران العالية، مما يضمن عمليات موثوقة في الآبار العميقة والخزانات عالية الضغط.
سلسلة TenarisHydril إسفين: تقدم هذه السلسلة مجموعة من الوصلات مثل Blue®، وDopeless®، وWedge 521®، المعروفة بختمها الاستثنائي المحكم للغاز ومقاومتها لقوى الضغط والتوتر، مما يعزز السلامة والكفاءة التشغيلية.
TSH® الأزرق: تستخدم وصلات TSH® Blue، المصممة بواسطة Tenaris، تصميمًا خاصًا بكتفين مزدوجين ومظهرًا خيطيًا عالي الأداء، مما يوفر مقاومة ممتازة للتعب وسهولة التركيب في تطبيقات الحفر الحرجة.
اتصال Grant Prideco™ XT®: تشتمل وصلات XT®، التي تم تصميمها بواسطة NOV، على ختم فريد من المعدن إلى المعدن وشكل خيط قوي، مما يضمن قدرة عزم دوران فائقة ومقاومة للتآكل، وبالتالي إطالة العمر التشغيلي للاتصال.
اتصال الصيد Seal-Lock®: تتميز وصلة Seal-Lock® من Hunting بختم من المعدن إلى المعدن وملف تعريف خيطي فريد، وتشتهر بمقاومتها الفائقة للضغط وموثوقيتها في كل من عمليات الحفر البرية والبحرية.
خاتمة
وفي الختام، فإن الشبكة المعقدة من الأنابيب ذات الأهمية البالغة لصناعة النفط والغاز تشمل مجموعة واسعة من المعدات المتخصصة المصممة لتحمل البيئات الصارمة والمتطلبات التشغيلية المعقدة. بدءًا من أنابيب الغلاف التأسيسية التي تدعم وتحمي جدران الآبار إلى الأنابيب متعددة الاستخدامات المستخدمة في عمليات الاستخراج والحقن، يخدم كل نوع من الأنابيب غرضًا مميزًا في استكشاف الهيدروكربونات وإنتاجها ونقلها. تضمن المعايير مثل مواصفات واجهة برمجة التطبيقات (API) الاتساق والجودة عبر هذه الأنابيب، بينما تعمل الابتكارات مثل الاتصالات المتميزة على تحسين الأداء في الظروف الصعبة. ومع تطور التكنولوجيا، تستمر هذه المكونات الحيوية في التقدم، مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة والموثوقية في عمليات الطاقة العالمية. إن فهم هذه الأنابيب ومواصفاتها يؤكد دورها الذي لا غنى عنه في البنية التحتية لقطاع الطاقة الحديث.
