Indlæg

Udforskning af stålrørs vitale rolle i olie- og gasefterforskning

/i /af

Indledning

Stålrør er kritiske i olie og gas, og tilbyder uovertruffen holdbarhed og pålidelighed under ekstreme forhold. Disse rør, der er afgørende for udforskning og transport, modstår høje tryk, korrosive miljøer og hårde temperaturer. Denne side udforsker stålrørs kritiske funktioner i olie- og gasefterforskning og beskriver deres betydning for boring, infrastruktur og sikkerhed. Opdag, hvordan valg af egnede stålrør kan øge driftseffektiviteten og reducere omkostningerne i denne krævende industri.

I. Den grundlæggende viden om stålrør til olie- og gasindustrien

1. Terminologiforklaring

API: Forkortelse af American Petroleum Institute.
OCTG: Forkortelse af Olie land rørformede varer, herunder oliebeholderrør, olieslanger, borerør, borekrave, borekroner, sugestang, pupssamlinger osv.
Olieslange: Rør bruges i oliebrønde til udvinding, gasudvinding, vandinjektion og syrefrakturering.
Hus: Rør sænket fra jordoverfladen ned i et boret boring som en foring for at forhindre vægkollaps.
Borerør: Rør brugt til boring af boringer.
Linjerør: Rør, der bruges til at transportere olie eller gas.
Koblinger: Cylindre bruges til at forbinde to gevindrør med indvendigt gevind.
Koblingsmateriale: Rør brugt til fremstilling af koblinger.
API-tråde: Rørgevind specificeret af API 5B standard, herunder olierørs runde gevind, foringsrør korte runde gevind, foringsrør lange runde gevind, foringsrør delvist trapezformet gevind, linjerørgevind osv.
Premium forbindelse: Ikke-API gevind med unikke tætningsegenskaber, forbindelsesegenskaber og andre egenskaber.
Fejl: deformation, brud, overfladeskader og tab af original funktion under specifikke driftsforhold.
Primære former for svigt: knusning, glidning, brud, lækage, korrosion, limning, slid osv.

2. Petroleumsrelaterede standarder

API Spec 5B, 17. udgave – Specifikation for gevindskæring, måling og gevindinspektion af foringsrør, slanger og linjerørgevind
API Spec 5L, 46. udgave – Specifikation for Line Pipe
API Spec 5CT, 11. udgave – Specifikation for foringsrør og rør
API Spec 5DP, 7. udgave – Specifikation for borerør
API Spec 7-1, 2. udgave – Specifikation for roterende borespindelelementer
API Spec 7-2, 2. udgave – Specifikation for gevindskæring og måling af roterende skuldergevindforbindelser
API Spec 11B, 24. udgave – Specifikation for sugestænger, polerede stænger og liners, koblinger, synkestænger, polerede stangklemmer, pakdåser og pumpe-T-stykker
ISO 3183:2019 – Petroleums- og naturgasindustrien – Stålrør til rørledningstransportsystemer
ISO 11960:2020 – Petroleums- og naturgasindustrien – Stålrør til brug som foringsrør eller rør til brønde
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – Petroleums- og naturgasindustrien – Materialer til brug i H2S-holdige miljøer i olie- og gasproduktion

II. Olieslange

1. Klassificering af olieslanger

Olieslange er opdelt i Non-Upsetted Oil Tubing (NU), External Upsetted Oil Tubing (EU) og Integral Joint (IJ) Oil Tubing. NU olierør betyder, at enden af røret er af gennemsnitlig tykkelse, drejer gevindet direkte og bringer koblingerne. Opsat rør indebærer, at enderne af begge rør er udvendigt opsat, derefter gevind og koblet. Integral Joint slange betyder, at den ene ende af røret er opsat med udvendigt gevind, og den anden er opsat med indvendigt gevind forbundet direkte uden koblinger.

2. Funktion af olieslanger

① Udvinding af olie og gas: efter at olie- og gasbrøndene er boret og cementeret, placeres slangen i oliehuset for at udvinde olie og gas til jorden.
② Vandinjektion: når trykket i borehullet er utilstrækkeligt, sprøjt vand ind i brønden gennem slangen.
③ Dampinjektion: Ved varm genvinding af tyk olie tilføres damp til brønden med isolerede olieslanger.
④ Forsuring og frakturering: I det sene stadie af brøndboring eller for at forbedre produktionen af olie- og gasbrønde er det nødvendigt at tilføre forsurings- og fraktureringsmedium eller hærdningsmateriale til olie- og gaslaget, og mediet og hærdningsmaterialet er transporteres gennem olieslangen.

3. Stålkvalitet af olierør

Stålkvaliteterne af olierør er H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 er opdelt i N80-1 og N80Q, de to har samme trækegenskaber; de to forskelle er leveringsstatus og forskelle i slagydelsen, N80-1 levering ved normaliseret tilstand eller når den endelige valsetemperatur er større end den kritiske temperatur Ar3 og spændingsreduktion efter luftkøling og kan bruges til at finde varmvalsning i stedet for normaliseret, slag og ikke-destruktiv testning er ikke påkrævet; N80Q skal være hærdet (quenched og hærdet) Varmebehandling, slagfunktion skal være i overensstemmelse med bestemmelserne i API 5CT, og bør være ikke-destruktiv testning.
L80 er opdelt i L80-1, L80-9Cr og L80-13Cr. Deres mekaniske egenskaber og leveringsstatus er de samme. Forskelle i brug, produktionsvanskeligheder og pris: L80-1 er til den generelle type, L80-9Cr og L80-13Cr er rør med høj korrosionsbestandighed, produktionsvanskeligheder og er dyre og bruges normalt i tunge korrosionsbrønde.
C90 og T95 er opdelt i 1 og 2 typer, nemlig C90-1, C90-2 og T95-1, T95-2.

4. Olieslangen almindeligt brugt stålkvalitet, stålnavn og leveringsstatus

J55 (37Mn5) NU Olieslang: Varmvalset i stedet for normaliseret
J55 (37Mn5) EU-olieslanger: Fuldlængde Normaliseret efter opstilling
N80-1 (36Mn2V) NU Olieslang: Varmvalset i stedet for normaliseret
N80-1 (36Mn2V) EU-olieslanger: normaliseret i fuld længde efter forstyrrelse
N80-Q (30Mn5) olieslange: 30Mn5, fuldlængde temperering
L80-1 (30Mn5) olieslange: 30Mn5, fuldlængde temperering
P110 (25CrMnMo) olieslange: 25CrMnMo, fuldlængde temperering
J55 (37Mn5) Kobling: Varmvalset online Normaliseret
N80 (28MnTiB) Kobling: Tempering i fuld længde
L80-1 (28MnTiB) Kobling: Fuldlængde hærdet
P110 (25CrMnMo) Kobling: Tempering i fuld længde

III. Husrør

1. Klassificering og rolle af beklædning

Foringsrøret er stålrøret, der understøtter væggen af olie- og gasbrønde. Der anvendes flere lag foringsrør i hver brønd alt efter forskellige boredybder og geologiske forhold. Cement bruges til at cementere foringsrøret, efter at det er sænket ned i brønden, og i modsætning til olierør og borerør kan det ikke genbruges og tilhører engangsmaterialer. Derfor udgør forbruget af foringsrør mere end 70 procent af alle olieboringsrør. Foringsrøret kan opdeles i lederforingsrør, mellemforingsrør, produktionsforingsrør og foringsrør i henhold til dets anvendelse, og deres strukturer i oliebrønde er vist i figur 1.

① Lederhus: Typisk ved brug af API-kvaliteter K55, J55 eller H40 stabiliserer lederforingsrør brøndhovedet og isolerer lavvandede grundvandsmagasiner med diametre almindeligvis omkring 20 tommer eller 16 tommer.

②Mellemhus: Mellemhus, ofte lavet af API-kvaliteter K55, N80, L80 eller P110, bruges til at isolere ustabile formationer og varierende trykzoner med typiske diametre på 13 3/8 tommer, 11 3/4 tommer eller 9 5/8 tommer .

③ Produktionshus: Konstrueret af højkvalitetsstål, såsom API-kvaliteter J55, N80, L80, P110 eller Q125, er produktionskabinettet designet til at modstå produktionstryk, almindeligvis med diametre på 9 5/8 tommer, 7 tommer eller 5 1/2 tommer.

④ Foringsbeklædning: Foringer forlænger brøndboringen ind i reservoiret ved hjælp af materialer som API-kvaliteter L80, N80 eller P110, med typiske diametre på 7 tommer, 5 tommer eller 4 1/2 tommer.

⑤Slange: Rør transporterer kulbrinter til overfladen ved hjælp af API-kvaliteter J55, L80 eller P110 og fås i diametre på 4 1/2 tommer, 3 1/2 tommer eller 2 7/8 tommer.

IV. Borerør

1. Klassificering og funktion af rør til boreværktøj

Det firkantede borerør, borerør, vægtede borerør og borekrave i boreværktøjer danner borerøret. Borerøret er kerneboreværktøjet, der driver boret fra jorden til bunden af brønden, og det er også en kanal fra jorden til bunden af brønden. Den har tre hovedroller:

① At overføre drejningsmoment til at drive boret til at bore;

② At stole på dens vægt til boret for at bryde trykket fra klippen i bunden af brønden;

③ For at transportere vaskevæske, det vil sige boremudder gennem jorden gennem højtryksmudderpumperne, boresøjle ind i borehullet strømme ind i bunden af brønden for at skylle stenaffaldet og afkøle borekronen og transportere stenaffaldet gennem den ydre overflade af søjlen og brøndens væg mellem ringrummet for at vende tilbage til jorden for at opnå formålet med at bore brønden.

Borerøret bruges i boreprocessen til at modstå en række komplekse vekslende belastninger, såsom trækstyrke, kompression, torsion, bøjning og andre belastninger. Den indvendige overflade er også udsat for højtryksmudderskuring og korrosion.
(1) Firkantet borerør: Firkantede borerør kommer i to typer: firkantet og sekskantet. I Kinas petroleumsborerør bruger hvert sæt boresøjler normalt et firkantet borerør. Dens specifikationer er 63,5 mm (2-1/2 tommer), 88,9 mm (3-1/2 tommer), 107,95 mm (4-1/4 tommer), 133,35 mm (5-1/4 tommer), 152,4 mm ( 6 tommer) og så videre. Den anvendte længde er normalt 1214,5 m.
(2) Borerør: Borerøret er det primære værktøj til at bore brønde, forbundet til den nederste ende af det firkantede borerør, og efterhånden som borebrønden fortsætter med at blive dybere, forlænger borerøret boresøjlen efter hinanden. Specifikationerne for borerør er: 60,3 mm (2-3/8 tommer), 73,03 mm (2-7/8 tommer), 88,9 mm (3-1/2 tommer), 114,3 mm (4-1/2 tommer) , 127 mm (5 tommer), 139,7 mm (5-1/2 tommer) og så videre.
(3) Kraftig borerør: Et vægtet borerør er et overgangsværktøj, der forbinder borerøret og borekraven, hvilket kan forbedre borerørets krafttilstand og øge trykket på boret. Hovedspecifikationerne for det vægtede borerør er 88,9 mm (3-1/2 tommer) og 127 mm (5 tommer).
(4) Borekrave: Borekraven er forbundet til den nederste del af borerøret, som er et specielt tykvægget rør med høj stivhed. Det udøver pres på boret for at bryde klippen og spiller en vejledende rolle ved boring af en lige brønd. De almindelige specifikationer for borekraver er 158,75 mm (6-1/4 tommer), 177,85 mm (7 tommer), 203,2 mm (8 tommer), 228,6 mm (9 tommer) og så videre.

V. Linierør

1. Klassificering af ledningsrør

Linjerør bruges i olie- og gasindustrien til at overføre olie-, raffineret olie-, naturgas- og vandrørledninger med forkortelsen stålrør. Transport af olie- og gasrørledninger er opdelt i hovedlednings-, gren- og byledningsnetværksrørledninger. Tre slags hovedledningstransmission har de sædvanlige specifikationer på ∅406 ~ 1219 mm, en vægtykkelse på 10 ~ 25 mm, stålkvalitet X42 ~ X80; stikledningsrørledninger og byrørledningsnetværk har normalt specifikationer for ∅114 ~ 700 mm, vægtykkelsen på 6 ~ 20 mm, stålkvaliteten for X42 ~ X80. Stålkvaliteten er X42～X80. Linerør fås i svejsede og sømløse typer. Svejset Line Pipe bruges mere end Seamless Line Pipe.

2. Standard af ledningsrør

API Spec 5L – Specifikation for Line Pipe
ISO 3183 – Petroleums- og naturgasindustrien – Stålrør til rørledningstransportsystemer

3. PSL1 og PSL2

PSL er forkortelsen for produktspecifikationsniveau. Specifikationsniveauet for linjerørproduktet er opdelt i PSL 1 og PSL 2, og kvalitetsniveauet er opdelt i PSL 1 og PSL 2. PSL 2 er højere end PSL 1; de to specifikationsniveauer har ikke kun forskellige testkrav, men kravene til kemisk sammensætning og mekaniske egenskaber er forskellige, så i henhold til API 5L-ordren er kontraktvilkårene, ud over at specificere specifikationerne, stålkvaliteten og andre almindelige indikatorer, men skal også angive produktspecifikationsniveauet, det vil sige PSL 1 eller PSL 2. PSL 2 i den kemiske sammensætning, trækegenskaber, slagkraft, ikke-destruktiv testning og andre indikatorer er strengere end PSL 1.

4. Linierør stålkvalitet, kemisk sammensætning og mekaniske egenskaber

Linjerørstålkvaliteter fra lav til høj er opdelt i A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 og X80. For detaljeret kemisk sammensætning og mekaniske egenskaber henvises til API 5L-specifikationen, 46. udgave af bogen.

5. Krav til hydrostatisk test og ikke-destruktiv undersøgelse

Linierør bør udføres gren for gren hydraulisk test, og standarden tillader ikke ikke-destruktiv generering af hydraulisk tryk, hvilket også er en stor forskel mellem API-standarden og vores standarder. PSL 1 kræver ikke ikke-destruktiv testning; PSL 2 bør være ikke-destruktiv test gren for gren.

VI. Premium forbindelser

1. Introduktion af Premium Connections

Premium Connection er et rørgevind med en unik struktur, der er forskellig fra API-gevindet. Selvom det eksisterende API-gevindforingsrør er meget udbredt til udnyttelse af oliebrønde, er dets mangler tydeligt vist i det unikke miljø i nogle oliefelter: API-søjlen med rund gevindrør, selvom dens tætningsevne er bedre, er trækkraften båret af gevindet. en del svarer kun til 60% til 80% af styrken af rørlegemet, og den kan derfor ikke bruges til udnyttelse af dybe brønde; den API-forspændte trapezformede rørsøjle, selvom dens trækevne er meget højere end API-rundgevindforbindelsen, er dens tætningsevne ikke så god. Selvom søjlens trækevne er meget højere end API-rundgevindforbindelsen, er dens tætningsevne ikke særlig god, så den kan ikke bruges til udnyttelse af højtryksgasbrønde; desuden kan gevindfedtet kun spille sin rolle i miljøet med en temperatur under 95 ℃, så det kan ikke bruges til udnyttelse af højtemperaturbrønde.

Sammenlignet med API-rundgevind og delvis trapezformet gevindforbindelse har premiumforbindelsen gjort banebrydende fremskridt i følgende aspekter:

(1) God tætning, gennem elasticiteten og metaltætningsstrukturen, gør samlingsgastætningen modstandsdygtig over for at nå grænsen for rørlegemet inden for udbyttetrykket;

(2) Høj styrke af forbindelsen, der forbindes med speciel spændeforbindelse af oliebeklædning, dens forbindelsesstyrke når eller overstiger styrken af rørlegemet for at løse problemet med glidning fundamentalt;

(3) Ved materialevalg og forbedring af overfladebehandlingsprocessen løste stort set problemet med trådklæbende spænde;

(4) Gennem optimering af strukturen, så den fælles spændingsfordeling er mere rimelig og mere befordrende for modstanden mod spændingskorrosion;

(5) Gennem skulderstrukturen af det rimelige design, så betjeningen af spændet på operationen er mere tilgængelig.

Olie- og gasindustrien kan prale af over 100 patenterede premiumforbindelser, der repræsenterer betydelige fremskridt inden for rørteknologi. Disse specialiserede gevinddesign tilbyder overlegne tætningsevner, øget forbindelsesstyrke og forbedret modstandsdygtighed over for miljøbelastninger. Ved at imødegå udfordringer som høje tryk, korrosive miljøer og ekstreme temperaturer sikrer disse innovationer fremragende pålidelighed og effektivitet i oliesunde operationer verden over. Kontinuerlig forskning og udvikling inden for premiumforbindelser understreger deres centrale rolle i at understøtte sikrere og mere produktive boringsmetoder, hvilket afspejler en vedvarende forpligtelse til teknologisk ekspertise i energisektoren.

VAM®-forbindelse: Kendt for sin robuste ydeevne i udfordrende miljøer, VAM®-forbindelser har avanceret metal-til-metal tætningsteknologi og høje drejningsmomentegenskaber, hvilket sikrer pålidelig drift i dybe brønde og højtryksreservoirer.

TenarisHydril Wedge Series: Denne serie tilbyder en række forbindelser såsom Blue®, Dopeless® og Wedge 521®, kendt for deres exceptionelle gastætte tætning og modstandsdygtighed over for kompressions- og spændingskræfter, hvilket øger driftssikkerheden og effektiviteten.

TSH® blå: Designet af Tenaris, TSH® Blue-forbindelser bruger et proprietært dobbeltskulderdesign og en højtydende gevindprofil, der giver fremragende træthedsmodstand og let make-up i kritiske boreapplikationer.

Grant Prideco™ XT®-forbindelse: Konstrueret af NOV, XT®-forbindelser inkorporerer en unik metal-til-metal-tætning og en robust gevindform, der sikrer overlegen drejningsmomentkapacitet og modstandsdygtighed over for gnidning, og forlænger derved forbindelsens levetid.

Hunting Seal-Lock®-forbindelse: Med en metal-til-metal tætning og en unik gevindprofil er Seal-Lock®-forbindelsen fra Hunting kendt for sin overlegne trykmodstand og pålidelighed i både onshore og offshore boreoperationer.

Konklusion

Som konklusion omfatter det indviklede netværk af stålrør, der er afgørende for olie- og gasindustrien, en bred vifte af specialiseret udstyr designet til at modstå strenge miljøer og komplekse driftskrav. Fra de grundlæggende foringsrør, der understøtter og beskytter sunde vægge, til de alsidige rør, der bruges i ekstraktions- og injektionsprocesser, tjener hver type rør et særskilt formål med at udforske, producere og transportere kulbrinter. Standarder som API-specifikationer sikrer ensartethed og kvalitet på tværs af disse rør, mens innovationer såsom premium-forbindelser forbedrer ydeevnen under udfordrende forhold. Efterhånden som teknologien udvikler sig, udvikler disse kritiske komponenter sig, hvilket fremmer effektivitet og pålidelighed i globale energioperationer. At forstå disse rør og deres specifikationer understreger deres uundværlige rolle i den moderne energisektors infrastruktur.

Oil Country Tubular Goods (OCTG)

/i /af

Olieland rørformede varer (OCTG) er en familie af sømløse valsede produkter bestående af borerør, foringsrør og rør udsat for belastningsforhold i henhold til deres specifikke anvendelse. (se figur 1 for et skematisk billede af en dyb brønd):

Det Borerør er et tungt sømløst rør, der roterer boret og cirkulerer borevæske. Rørsegmenter på 9 m (30 fod) er koblet sammen med værktøjssamlinger. Borerøret udsættes samtidigt for højt drejningsmoment ved boring, aksial spænding ved sin egenvægt og indre tryk ved udrensning af borevæske. Derudover kan vekslende bøjningsbelastninger på grund af ikke-lodrette eller afbøjede boringer overlejres på disse grundlæggende belastningsmønstre.
Foringsrør forer borehullet. Det er udsat for aksial spænding fra sin egenvægt, indre tryk fra væskeudrensning og eksternt tryk fra omgivende klippeformationer. Den pumpede olie- eller gasemulsion udsætter især huset for aksial spænding og indre tryk.
Rør er et rør, hvorigennem olie eller gas transporteres fra brøndboringen. Rørsegmenter er generelt omkring 9 m lange og har en gevindforbindelse i hver ende.

Korrosionsbestandighed under sure driftsforhold er en afgørende OCTG-egenskab, især for foringsrør og rør.

Typiske OCTG-fremstillingsprocesser omfatter (alle dimensionsområder er omtrentlige)

Kontinuerlig dornrulning og skubbebænk-processer til størrelser mellem 21 og 178 mm OD.
Stikmøllevalsning til størrelser mellem 140 og 406 mm OD.
Cross-roll piercing og pilger rolling til størrelser mellem 250 og 660 mm OD.
Disse processer tillader typisk ikke den termomekaniske bearbejdning, der er sædvanlig for de strimmel- og pladeprodukter, der anvendes til det svejste rør. Derfor skal højstyrke sømløse rør fremstilles ved at øge legeringsindholdet i kombination med en passende varmebehandling, såsom quench og temperering.

Figur 1. Skematisk over en dybt blomstrende færdiggørelse

At opfylde de grundlæggende krav til en fuldt martensitisk mikrostruktur, selv ved store rørvægstykkelser, kræver god hærdbarhed. Cr og Mn er de vigtigste legeringselementer, der giver god hærdbarhed i konventionelt varmebehandleligt stål. Kravet om god modstand mod sulfidspændingsrevner (SSC) begrænser deres anvendelse. Mn har en tendens til at adskille sig under kontinuerlig støbning og kan danne store MnS indeslutninger, der reducerer hydrogen-induceret revnedannelse (HIC) modstand. Højere niveauer af Cr kan føre til dannelsen af Cr7C3-udfældninger med grov pladeformet morfologi, som fungerer som brintopsamlere og revneinitiatorer. Legering med molybdæn kan overvinde begrænsningerne ved Mn- og Cr-legering. Mo er en meget stærkere hærder end Mn og Cr, så den kan hurtigt genvinde effekten af en reduceret mængde af disse elementer.

Traditionelt var OCTG-kvaliteter kul-manganstål (op til 55-ksi-styrkeniveauet) eller Mo-holdige kvaliteter op til 0,4% Mo. I de senere år har dyb brøndboring og reservoirer indeholdende forurenende stoffer, der forårsager korrosive angreb, skabt en stærk efterspørgsel til materialer med højere styrke, der er modstandsdygtige over for brintskørhed og SCC. Højt hærdet martensit er den struktur, der er mest modstandsdygtig over for SSC ved højere styrkeniveauer, og 0,75% Mo-koncentration giver den optimale kombination af flydestyrke og SSC-modstand.