استكشاف الدور الحيوي لأنابيب الصلب في استكشاف النفط والغاز
مقدمة
تعتبر الأنابيب الفولاذية بالغة الأهمية في مجال النفط والغاز، حيث توفر متانة وموثوقية لا مثيل لها في ظل الظروف القاسية. تعد هذه الأنابيب ضرورية للاستكشاف والنقل، حيث تتحمل الضغوط العالية والبيئات المسببة للتآكل ودرجات الحرارة القاسية. تستكشف هذه الصفحة الوظائف الأساسية للأنابيب الفولاذية في استكشاف النفط والغاز، وتوضح أهميتها في الحفر والبنية الأساسية والسلامة. اكتشف كيف يمكن لاختيار الأنابيب الفولاذية المناسبة أن يعزز الكفاءة التشغيلية ويقلل التكاليف في هذه الصناعة الصعبة.
أولا: المعرفة الأساسية حول الأنابيب الفولاذية المستخدمة في 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: يتم استخدام الأنابيب في آبار النفط لاستخراجها، واستخراج الغاز، وحقن المياه، والتكسير الحمضي.
غلاف: أنابيب يتم إنزالها من سطح الأرض إلى داخل بئر محفور 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 حسب معيار API 5B، بما في ذلك خيوط الأنابيب النفطية المستديرة، وخيوط الأنابيب القصيرة المستديرة، وخيوط الأنابيب الطويلة المستديرة، وخيوط الأنابيب شبه المنحرفة الجزئية، وخيوط الأنابيب الخطية، وما إلى ذلك.
اتصال مميز: خيوط غير API ذات خصائص إغلاق فريدة وخصائص اتصال وخصائص أخرى.
الفشل: التشوه والكسر وتلف السطح وفقدان الوظيفة الأصلية في ظل ظروف خدمة محددة.
الأشكال الأساسية للفشل: السحق، 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 زيت غير مقلوبة (NU) وأنابيب زيت مقلوبة خارجية (EU) وأنابيب زيت بمفصل متكامل (IJ). تعني أنابيب الزيت غير المقطوعة أن نهاية الأنبوب ذات سمك متوسط، وتدور الخيط مباشرة، وتوصل الوصلات. تعني الأنابيب المقطوعة أن نهايات كلا الأنبوبين مقلوبة خارجيًا، ثم ملولبة ومقترنة. تعني أنابيب المفصل المتكامل أن أحد طرفي الأنبوب مقلوب بخيوط خارجية، والآخر مقلوب بخيوط داخلية متصلة 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 استخراج الزيت السميك الساخن، يتم إدخال البخار إلى البئر باستخدام أنابيب النفط المعزولة.
④ التحمض والتكسير: في المرحلة المتأخرة من حفر البئر أو لتحسين إنتاج آبار النفط والغاز، من الضروري إدخال وسط التحمض والتكسير أو مادة المعالجة إلى طبقة النفط والغاز، ويتم نقل الوسط ومادة المعالجة 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 و N80Q، وكلاهما لهما نفس خصائص الشد؛ والاختلافان هما حالة التسليم واختلافات أداء التأثير، تسليم N80-1 حسب الحالة الطبيعية أو عندما تكون درجة حرارة الدرفلة النهائية أكبر من درجة الحرارة الحرجة Ar3 وتقليل التوتر بعد التبريد بالهواء ويمكن استخدامه للعثور على الدرفلة الساخنة بدلاً من التطبيع، لا يلزم إجراء اختبار التأثير وغير المدمر؛ يجب أن يكون N80Q مخففًا (مُخمَّدًا ومُخففًا) ويجب أن تكون المعالجة الحرارية ووظيفة التأثير متوافقة مع أحكام API 5CT، ويجب أن يكون اختبارًا غير مدمر.
تنقسم أنابيب L80 إلى L80-1 وL80-9Cr وL80-13Cr. وتتشابه خصائصها الميكانيكية وحالة تسليمها. وتختلف في الاستخدام وصعوبة الإنتاج والسعر: أنابيب L80-1 مخصصة للنوع العام، وأنابيب L80-9Cr وL80-13Cr مقاومة للتآكل بدرجة عالية وصعوبة الإنتاج، وهي باهظة الثمن وتستخدم عادة في الآبار شديدة التآكل.
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 البطانة بتمديد بئر النفط إلى الخزان باستخدام مواد مثل درجات API L80 أو N80 أو P110، بأقطار نموذجية تبلغ 7 بوصات أو 5 بوصات أو 4 1/2 بوصة.
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
يشكل أنبوب الحفر المربع وأنبوب الحفر وأنبوب الحفر الموزون وطوق الحفر في أدوات الحفر أنبوب الحفر. أنبوب الحفر هو أداة الحفر الأساسية التي تدفع لقمة الحفر من الأرض إلى قاع البئر، وهو أيضًا قناة من الأرض إلى قاع البئر. له ثلاثة أدوار قيادية:
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.
يتم استخدام أنبوب الحفر في عملية الحفر لتحمل مجموعة متنوعة من الأحمال المتناوبة المعقدة، مثل الشد والضغط والالتواء والانحناء وغيرها من الضغوط. كما يتعرض السطح الداخلي أيضًا لتآكل الطين تحت الضغط العالي والتآكل.
(1) أنبوب الحفر المربع: تأتي أنابيب الحفر المربعة بنوعين: رباعية الأضلاع وسداسية الأضلاع. في أنابيب الحفر البترولية في الصين، تستخدم كل مجموعة من أعمدة الحفر عادةً أنبوب حفر رباعي الأضلاع. مواصفاته هي 63.5 مم (2-1/2 بوصة)، 88.9 مم (3-1/2 بوصة)، 107.95 مم (4-1/4 بوصة)، 133.35 مم (5-1/4 بوصة)، 152.4 مم (6 بوصات)، وما إلى ذلك. الطول المستخدم عادةً هو 1214.5 مترًا.
(2) أنبوب الحفر: أنبوب الحفر هو الأداة الأساسية لحفر الآبار، وهو متصل بالطرف السفلي لأنبوب الحفر المربع، ومع استمرار تعمق البئر، يستمر أنبوب الحفر في إطالة عمود الحفر واحدًا تلو الآخر. مواصفات أنبوب الحفر هي: 60.3 مم (2-3/8 بوصة)، 73.03 مم (2-7/8 بوصة)، 88.9 مم (3-1/2 بوصة)، 114.3 مم (4-1/2 بوصة)، 127 مم (5 بوصات)، 139.7 مم (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 أنبوب خاص ذو جدار سميك وذو صلابة عالية. يمارس ضغطًا على لقمة الحفر لكسر الصخور ويلعب دورًا توجيهيًا عند حفر بئر مستقيم. المواصفات الشائعة لطوق الحفر هي 158.75 مم (6-1/4 بوصة)، 177.85 مم (7 بوصات)، 203.2 مم (8 بوصات)، 228.6 مم (9 بوصات)، وما إلى ذلك.
خامسا خط الأنابيب
1. تصنيف خطوط الأنابيب
تُستخدم أنابيب الخطوط في صناعة النفط والغاز لنقل أنابيب النفط والنفط المكرر والغاز الطبيعي والمياه مع اختصار أنبوب فولاذي. تنقسم خطوط أنابيب نقل النفط والغاز إلى خطوط أنابيب رئيسية وفرعية وخطوط أنابيب شبكة خطوط الأنابيب الحضرية. تتمتع ثلاثة أنواع من خطوط الأنابيب الرئيسية بمواصفات معتادة تبلغ ∅406 ~ 1219 مم، وسمك جدار يتراوح من 10 إلى 25 مم، ودرجة فولاذية X42 ~ X80؛ عادةً ما تتمتع خطوط الأنابيب الفرعية وخطوط أنابيب شبكة خطوط الأنابيب الحضرية بمواصفات تبلغ ∅114 ~ 700 مم، وسمك جدار يتراوح من 6 إلى 20 مم، ودرجة فولاذية X42 ~ X80. درجة الفولاذ هي X42～X80. تتوفر أنابيب الخطوط في أنواع ملحومة وغير ملحومة. تُستخدم أنابيب الخطوط الملحومة أكثر من أنابيب الخطوط 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 المنتجينقسم مستوى مواصفات منتج خط الأنابيب إلى PSL 1 وPSL 2، وينقسم مستوى الجودة إلى PSL 1 وPSL 2. PSL 2 أعلى من PSL 1؛ لا يحتوي مستويا المواصفات على متطلبات اختبار مختلفة فحسب، بل إن متطلبات التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية مختلفة، لذلك وفقًا لأمر API 5L، وشروط العقد، بالإضافة إلى تحديد المواصفات ودرجة الفولاذ والمؤشرات الشائعة الأخرى، يجب أيضًا الإشارة إلى مستوى مواصفات المنتج، أي PSL 1 أو PSL 2. PSL 2 في التركيب الكيميائي وخصائص الشد وقوة التأثير والاختبار غير المدمر والمؤشرات الأخرى أكثر صرامة من PSL 1.
4. درجة الصلب لأنابيب الخط، التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية
تنقسم درجات فولاذ الأنابيب من الأقل إلى الأعلى إلى A25 وA وB وX42 وX46 وX52 وX60 وX65 وX70 وX80. للحصول على تفاصيل التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية، يرجى الرجوع إلى كتاب مواصفات API 5L، الإصدار 46.
5. متطلبات الاختبار الهيدروستاتيكي لأنابيب الخط والفحص غير المدمر
يجب إجراء اختبار هيدروليكي على خط الأنابيب فرعًا بفرع، ولا يسمح المعيار بتوليد الضغط الهيدروليكي غير المدمر، وهو أيضًا فرق كبير بين معيار API ومعاييرنا. لا يتطلب PSL 1 إجراء اختبار غير مدمر؛ يجب أن يكون PSL 2 اختبارًا غير مدمر فرعًا بفرع.
السادس. اتصالات متميزة
1. مقدمة للاتصالات المميزة
Premium Connection عبارة عن خيط أنبوب بهيكل فريد يختلف 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 الفريدة لبعض حقول النفط: عمود الأنبوب الملولب API، على الرغم من أن أداءه في الختم أفضل، فإن قوة الشد التي يتحملها الجزء الملولب تعادل فقط 60% إلى 80% من قوة جسم الأنبوب، وبالتالي لا يمكن استخدامه في استغلال الآبار العميقة؛ عمود الأنبوب الملولب شبه المنحرف المتحيز API، على الرغم من أن أداء الشد الخاص به أعلى بكثير من أداء الوصلة الملولبة المستديرة API، إلا أن أداء الختم الخاص به ليس جيدًا جدًا. على الرغم من أن أداء الشد للعمود أعلى بكثير من أداء الوصلة الملولبة المستديرة API، إلا أن أداء الختم الخاص به ليس جيدًا جدًا، لذلك لا يمكن استخدامه في استغلال آبار الغاز عالية الضغط؛ بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن للشحم الملولب أن يلعب دوره إلا في البيئة بدرجة حرارة أقل من 95 درجة مئوية، لذلك لا يمكن استخدامه 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 أكثر سهولة.
تفتخر صناعة النفط والغاز بأكثر من 100 وصلة متميزة حاصلة على براءة اختراع، تمثل تقدمًا كبيرًا في تكنولوجيا الأنابيب. توفر تصميمات الخيوط المتخصصة هذه قدرات إحكام فائقة، وقوة توصيل متزايدة، ومقاومة محسنة للضغوط البيئية. من خلال معالجة التحديات مثل الضغوط العالية والبيئات المسببة للتآكل ودرجات الحرارة القصوى، تضمن هذه الابتكارات موثوقية وكفاءة ممتازة في العمليات الصحية للنفط في جميع أنحاء العالم. يؤكد البحث والتطوير المستمر في الوصلات المتميزة على دورها المحوري في دعم ممارسات الحفر الأكثر أمانًا وإنتاجية، مما يعكس التزامًا مستمرًا 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®: تم تصميم وصلات XT® بواسطة NOV، وهي تتضمن ختمًا معدنيًا فريدًا من نوعه وشكل خيط قوي، مما يضمن قدرة عزم دوران فائقة ومقاومة للتآكل، وبالتالي إطالة عمر تشغيل الوصلة.
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 الفولاذية التي تشكل أهمية بالغة لصناعة النفط والغاز تشمل مجموعة واسعة من المعدات المتخصصة المصممة لتحمل البيئات القاسية والمتطلبات التشغيلية المعقدة. فمن أنابيب التغليف الأساسية التي تدعم وتحمي الجدران الصحية إلى الأنابيب متعددة الاستخدامات المستخدمة في عمليات الاستخراج والحقن، يخدم كل نوع من الأنابيب غرضًا مميزًا في استكشاف وإنتاج ونقل الهيدروكربونات. وتضمن معايير مثل مواصفات معهد البترول الأمريكي التوحيد والجودة عبر هذه الأنابيب، في حين تعمل الابتكارات مثل الوصلات المتميزة على تعزيز الأداء في الظروف الصعبة. ومع تطور التكنولوجيا، تتقدم هذه المكونات الحاسمة، مما يدفع الكفاءة والموثوقية في عمليات الطاقة العالمية. ويؤكد فهم هذه الأنابيب ومواصفاتها على دورها الذي لا غنى عنه في البنية التحتية لقطاع الطاقة الحديث.
