Die entscheidende Rolle von Stahlrohren bei der Öl- und Gasförderung
I. Grundkenntnisse über Rohre für die Öl- und Gasindustrie
1. Begriffserklärung
API: Abkürzung für Amerikanisches Erdölinstitut.
OCTG: Abkürzung für Rohrwaren aus der Ölindustrie, einschließlich Ölmantelrohr, Ölschläuche, Bohrgestänge, Bohrkragen, Bohrer, Pumpenstangen, Verbindungsstücke usw.
Ölschläuche: Rohre werden in Ölquellen zur Ölförderung, Gasförderung, Wasserinjektion und Säurefrakturierung verwendet.
Gehäuse: Rohr, das von der Erdoberfläche in ein Bohrloch herabgelassen wird, um als Auskleidung einen Wandeinsturz zu verhindern.
Bohrgestänge: Rohr zum Bohren von Bohrlöchern.
Leitungsrohre: Rohr zum Transport von Öl oder Gas.
Kupplungen: Zylinder zum Verbinden zweier Gewinderohre mit Innengewinde.
Kupplungsmaterial: Rohr zur Herstellung von Kupplungen.
API-Threads: Rohrgewinde gemäß API 5B-Standard, einschließlich Rundgewinde für Ölleitungen, kurze Rundgewinde für Gehäuse, lange Rundgewinde für Gehäuse, teilweise Trapezgewinde für Gehäuse, Leitungsrohrgewinde usw.
Premium-Verbindung: Nicht-API-Gewinde mit besonderen Dichtungseigenschaften, Verbindungseigenschaften und anderen Eigenschaften.
Fehler: Verformung, Bruch, Oberflächenschaden und Verlust der ursprünglichen Funktion unter bestimmten Betriebsbedingungen.
Hauptursachen für Ausfälle: Quetschen, Rutschen, Bruch, Leckage, Korrosion, Verkleben, Verschleiß usw.
2. Normen im Bereich Erdöl
API Spec 5B, 17. Ausgabe – Spezifikation für Gewindeschneiden, Messen und Gewindeprüfung von Futterrohr-, Rohr- und Leitungsrohrgewinden
API Spec 5L, 46. Ausgabe – Spezifikation für Leitungsrohre
API Spec 5CT, 11. Ausgabe – Spezifikation für Gehäuse und Rohre
API Spec 5DP, 7. Ausgabe – Spezifikation für Bohrgestänge
API Spec 7-1, 2. Ausgabe – Spezifikation für rotierende Bohrgestängeelemente
API Spec 7-2, 2. Ausgabe – Spezifikation für das Gewindeschneiden und Messen von Drehbundgewindeverbindungen
API Spec 11B, 24. Ausgabe – Spezifikation für Pumpenstangen, polierte Stangen und Auskleidungen, Kupplungen, Senkstangen, polierte Stangenklemmen, Stopfbuchsen und Pumpen-T-Stücke
ISO 3183:2019 – Erdöl- und Erdgasindustrie — Stahlrohre für Pipeline-Transportsysteme
ISO 11960:2020 – Erdöl- und Erdgasindustrie — Stahlrohre zur Verwendung als Gehäuse oder Rohre für Bohrlöcher
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – Erdöl- und Erdgasindustrie – Materialien für den Einsatz in H2S-haltigen Umgebungen bei der Öl- und Gasproduktion
II. Ölschläuche
1. Klassifizierung von Ölschläuchen
Ölschläuche werden in nicht gestauchte Ölschläuche (NU), extern gestauchte Ölschläuche (EU) und Ölschläuche mit integrierter Verbindung (IJ) unterteilt. NU-Ölschläuche bedeuten, dass das Ende des Schlauchs eine normale Dicke hat und direkt das Gewinde dreht und die Kupplungen mitbringt. Gestauchte Schläuche bedeuten, dass die Enden beider Schläuche extern gestaucht, dann mit Gewinden versehen und gekoppelt werden. Schläuche mit integrierter Verbindung bedeuten, dass ein Ende des Schlauchs mit Außengewinden gestaucht ist und das andere Ende mit Innengewinden gestaucht ist und direkt ohne Kupplungen verbunden ist.
2. Funktion der Ölschläuche
① Öl- und Gasförderung: Nachdem die Öl- und Gasquellen gebohrt und zementiert wurden, werden die Rohre in die Ölverrohrung eingesetzt, um Öl und Gas aus der Erde zu fördern.
② Wasserinjektion: Wenn der Bohrlochdruck nicht ausreicht, injizieren Sie Wasser durch das Rohr in den Brunnen.
③ Dampfeinspritzung: Bei der Heißgewinnung von Dicköl muss der Dampf über isolierte Ölleitungen in die Bohrung eingeleitet werden.
④ Ansäuerung und Aufbrechen: In der Spätphase der Bohrung oder zur Verbesserung der Produktion von Öl- und Gasquellen ist es notwendig, ein Ansäuerungs- und Aufbruchmedium oder ein Härtungsmittel in die Öl- und Gasschicht einzubringen und das Medium und das Härtungsmittel durch die Ölrohre zu transportieren.
3. Stahlqualität der Ölleitungen
Die Stahlsorten für Ölleitungen sind H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 wird in N80-1 und N80Q unterteilt. Beide weisen die gleichen Zugfestigkeitseigenschaften auf. Die beiden Unterschiede liegen im Lieferzustand und in der unterschiedlichen Schlagzähigkeit. N80-1 wird im normalisierten Zustand geliefert oder wenn die endgültige Walztemperatur über der kritischen Temperatur Ar3 liegt und die Spannung nach der Luftkühlung abnimmt. Es kann anstelle des normalisierten Zustands Warmwalzen verwendet werden. Schlagzähigkeits- und zerstörungsfreie Prüfungen sind nicht erforderlich. N80Q muss angelassen (vergütet) werden. Die Schlagzähigkeit muss den Bestimmungen von API 5CT entsprechen und muss einer zerstörungsfreien Prüfung unterzogen werden.
L80 wird in L80-1, L80-9Cr und L80-13Cr unterteilt. Ihre mechanischen Eigenschaften und ihr Lieferstatus sind gleich. Unterschiede in Verwendung, Produktionsschwierigkeiten und Preis: L80-1 ist der allgemeine Typ, L80-9Cr und L80-13Cr sind Rohre mit hoher Korrosionsbeständigkeit, Produktionsschwierigkeiten, Kosten und werden normalerweise in stark korrosionsanfälligen Bohrlöchern verwendet.
C90 und T95 werden in 1 und 2 Typen unterteilt, nämlich C90-1, C90-2 und T95-1, T95-2.
4. Die für Ölrohre häufig verwendete Stahlsorte, Stahlname und Lieferstatus
J55 (37Mn5) NU Ölrohre: Warmgewalzt statt normalisiert
J55 (37Mn5) EU-Ölrohre: In voller Länge normalisiert nach dem Stauchen
N80-1 (36Mn2V) NU-Ölrohre: Warmgewalzt statt normalisiert
N80-1 (36Mn2V) EU-Ölrohr: In voller Länge normalisiert nach dem Stauchen
N80-Q (30Mn5) Ölrohr: 30Mn5, durchgehende Temperierung
L80-1 (30Mn5) Ölrohr: 30Mn5, durchgehende Temperierung
P110 (25CrMnMo) Ölrohr: 25CrMnMo, durchgehende Vergütung
J55 (37Mn5) Kupplung: Warmgewalzt, normalisiert
N80 (28MnTiB) Kupplung: Durchgehendes Temperieren
L80-1 (28MnTiB) Kupplung: Durchgehend gehärtet
P110 (25CrMnMo) Kupplung: Durchgehendes Anlassen
III. Mantelrohr
1. Klassifizierung und Rolle des Gehäuses
Das Gehäuse ist das Stahlrohr, das die Wand von Öl- und Gasquellen stützt. In jeder Quelle werden je nach Bohrtiefe und geologischen Bedingungen mehrere Schichten Gehäuse verwendet. Das Gehäuse wird nach dem Absenken in die Quelle mit Zement einzementiert. Im Gegensatz zu Öl- und Bohrrohren kann es nicht wiederverwendet werden und gehört zu den Einweg-Verbrauchsmaterialien. Daher macht der Verbrauch von Gehäusen mehr als 70 Prozent aller Ölquellenrohre aus. Das Gehäuse kann je nach Verwendung in Leitergehäuse, Zwischengehäuse, Produktionsgehäuse und Linergehäuse unterteilt werden. Ihre Strukturen in Ölquellen sind in Abbildung 1 dargestellt.
①Leitergehäuse: Normalerweise werden für die Leitungsverrohrung die API-Klassen K55, J55 oder H40 verwendet. Sie stabilisiert den Bohrlochkopf und isoliert flache Grundwasserleiter mit Durchmessern von üblicherweise etwa 20 oder 16 Zoll.
②Zwischengehäuse: Zwischenverrohrungen, häufig aus den API-Klassen K55, N80, L80 oder P110, werden zur Isolierung instabiler Formationen und unterschiedlicher Druckzonen verwendet und haben typische Durchmesser von 13 3/8 Zoll, 11 3/4 Zoll oder 9 5/8 Zoll.
③Produktionsgehäuse: Produktionsgehäuse werden aus hochwertigem Stahl wie etwa den API-Klassen J55, N80, L80, P110 oder Q125 hergestellt und sind so ausgelegt, dass sie dem Produktionsdruck standhalten. Normalerweise sind sie in den Durchmessern 9 5/8 Zoll, 7 Zoll oder 5 1/2 Zoll erhältlich.
④Liner-Gehäuse: Liner erweitern das Bohrloch bis in das Reservoir. Dabei werden Materialien wie die API-Klassen L80, N80 oder P110 mit typischen Durchmessern von 7 Zoll, 5 Zoll oder 4 1/2 Zoll verwendet.
⑤Schläuche: Rohre transportieren Kohlenwasserstoffe an die Oberfläche. Sie verwenden die API-Klassen J55, L80 oder P110 und sind in den Durchmessern 4 1/2 Zoll, 3 1/2 Zoll oder 2 7/8 Zoll erhältlich.
IV. Bohrgestänge
1. Klassifizierung und Funktion von Rohren für Bohrwerkzeuge
Das quadratische Bohrrohr, das Bohrrohr, das gewichtete Bohrrohr und der Bohrkragen in Bohrwerkzeugen bilden das Bohrrohr. Das Bohrrohr ist das Kernbohrwerkzeug, das den Bohrer vom Boden zum Boden des Bohrlochs treibt, und es ist auch ein Kanal vom Boden zum Boden des Bohrlochs. Es hat drei Hauptrollen:
① Zur Übertragung des Drehmoments, um den Bohrer anzutreiben und zu bohren;
② Sich auf das Gewicht des Bohrers zu verlassen, um den Druck des Gesteins am Boden des Bohrlochs zu brechen;
③ Um Spülflüssigkeit, d. h. Bohrschlamm, durch den Boden zu transportieren, werden Hochdruckschlammpumpen eingesetzt. Die Bohrsäule fließt in das Bohrloch und fließt in den Boden des Brunnens, um das Gesteinsmaterial auszuspülen und den Bohrer abzukühlen. Außerdem wird das Gesteinsmaterial durch die Außenfläche der Säule und die Wand des Brunnens zwischen den Ringräumen zurück in den Boden befördert, um den Zweck des Bohrens des Brunnens zu erreichen.
Das Bohrgestänge muss während des Bohrvorgangs einer Vielzahl komplexer Wechselbelastungen standhalten, beispielsweise Zug-, Druck-, Torsions-, Biege- und anderen Beanspruchungen. Darüber hinaus ist die Innenfläche auch der Auswaschung und Korrosion durch Hochdruckschlamm ausgesetzt.
(1) Quadratisches Bohrgestänge: Vierkant-Bohrgestänge gibt es in zwei Ausführungen: viereckig und sechseckig. Bei chinesischen Erdöl-Bohrgestängen wird für jeden Bohrsäulensatz normalerweise ein viereckiges Bohrgestänge verwendet. Seine Spezifikationen sind 63,5 mm (2 1/2 Zoll), 88,9 mm (3 1/2 Zoll), 107,95 mm (4 1/4 Zoll), 133,35 mm (5 1/4 Zoll), 152,4 mm (6 Zoll) und so weiter. Normalerweise beträgt die verwendete Länge 12 bis 14,5 m.
(2) Bohrgestänge: Das Bohrgestänge ist das Hauptwerkzeug zum Bohren von Brunnen. Es ist mit dem unteren Ende des quadratischen Bohrgestänges verbunden. Während der Bohrbrunnen tiefer wird, verlängert das Bohrgestänge die Bohrsäule nach und nach. Die Spezifikationen des Bohrgestänges sind: 60,3 mm (2-3/8 Zoll), 73,03 mm (2-7/8 Zoll), 88,9 mm (3-1/2 Zoll), 114,3 mm (4-1/2 Zoll), 127 mm (5 Zoll), 139,7 mm (5-1/2 Zoll) und so weiter.
(3) Hochleistungs-Bohrgestänge: Ein gewichtetes Bohrrohr ist ein Übergangswerkzeug, das das Bohrrohr und den Bohrkragen verbindet. Es kann den Kraftzustand des Bohrrohrs verbessern und den Druck auf den Bohrer erhöhen. Die Hauptspezifikationen des gewichteten Bohrrohrs sind 88,9 mm (3-1/2 Zoll) und 127 mm (5 Zoll).
(4) Bohrkragen: Der Bohrkragen ist mit dem unteren Teil des Bohrgestänges verbunden. Dabei handelt es sich um ein spezielles dickwandiges Rohr mit hoher Steifigkeit, das Druck auf den Bohrer ausübt, um das Gestein zu brechen, und beim Bohren eines geraden Bohrlochs eine Führungsrolle spielt. Die üblichen Spezifikationen für Bohrkragen sind 158,75 mm (6-1/4 Zoll), 177,85 mm (7 Zoll), 203,2 mm (8 Zoll), 228,6 mm (9 Zoll) und so weiter.
V. Leitungsrohr
1. Klassifizierung von Leitungsrohren
In der Öl- und Gasindustrie werden Rohrleitungen mit der Abkürzung „Stahlrohr“ für den Transport von Öl, raffiniertem Öl, Erdgas und Wasser verwendet. Der Transport von Öl und Gas wird hauptsächlich in Hauptleitungen, Zweigleitungen und städtische Rohrleitungsnetze unterteilt. Die drei Arten von Hauptleitungen haben die üblichen Spezifikationen für ∅406 bis 1219 mm, Wandstärke 10 bis 25 mm, Stahlgüte X42 bis X80; Zweigleitungen und städtische Rohrleitungsnetze haben normalerweise die Spezifikationen für ∅114 bis 700 mm, Wandstärke 6 bis 20 mm, Stahlgüte X42 bis X80. Die Stahlgüte ist X42 bis X80. Leitungsrohre sind in geschweißter und nahtloser Ausführung erhältlich. Geschweißte Leitungsrohre werden häufiger verwendet als nahtlose Leitungsrohre.
2. Standard für Leitungsrohre
API Spec 5L – Spezifikation für Leitungsrohre
ISO 3183 – Erdöl- und Erdgasindustrie – Stahlrohre für Pipeline-Transportsysteme
3. PSL1 und PSL2
PSL ist die Abkürzung für Produktspezifikationsebene. Die Produktspezifikationsstufe für Leitungsrohre ist in PSL 1 und PSL 2 unterteilt, und man kann auch sagen, dass die Qualitätsstufe in PSL 1 und PSL 2 unterteilt ist. PSL 2 ist höher als PSL 1. Die beiden Spezifikationsstufen haben nicht nur unterschiedliche Testanforderungen, sondern auch unterschiedliche Anforderungen an die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften. Daher müssen die Vertragsbedingungen gemäß der API 5L-Bestellung neben der Angabe der Spezifikationen, der Stahlsorte und anderer allgemeiner Indikatoren auch die Produktspezifikationsstufe angeben, d. h. PSL 1 oder PSL 2. PSL 2 ist hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, der Zugfestigkeit, der Schlagfestigkeit, der zerstörungsfreien Prüfung und anderer Indikatoren strenger als PSL 1.
4. Stahlsorte, chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften für Leitungsrohre
Die Stahlqualitäten für Leitungsrohre sind von niedrig bis hoch unterteilt in: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 und X80. Die detaillierte chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften finden Sie in der Spezifikation API 5L, 46. Ausgabe.
5. Anforderungen an die hydrostatische Prüfung und zerstörungsfreie Prüfung von Leitungsrohren
Bei Leitungsrohren muss Zweig für Zweig ein hydraulischer Test durchgeführt werden, und der Standard erlaubt keine zerstörungsfreie Erzeugung von Hydraulikdruck, was ebenfalls einen großen Unterschied zwischen dem API-Standard und unseren Standards darstellt. PSL 1 erfordert keine zerstörungsfreie Prüfung, PSL 2 muss Zweig für Zweig eine zerstörungsfreie Prüfung durchführen.
VI. Premium-Anbindungen
1. Einführung von Premium-Verbindungen
Premium Connection ist ein Rohrgewinde mit einer speziellen Struktur, die sich vom API-Gewinde unterscheidet. Obwohl das vorhandene API-Gewinde-Ölgehäuse bei der Ölbohrungsausbeutung weit verbreitet ist, zeigen sich seine Mängel in der speziellen Umgebung einiger Ölfelder deutlich: Die API-Rundgewinderohrsäule hat zwar eine bessere Dichtleistung, aber die vom Gewindeteil getragene Zugkraft entspricht nur 60% bis 80% der Festigkeit des Rohrkörpers und kann daher nicht bei der Ausbeutung tiefer Bohrungen verwendet werden; die API-Rohrsäule mit vorgespanntem Trapezgewinde hat zwar eine viel höhere Zugleistung als die der API-Rundgewindeverbindung, aber ihre Dichtleistung ist nicht so gut. Obwohl die Zugleistung der Säule viel höher ist als die der API-Rundgewindeverbindung, ist ihre Dichtleistung nicht sehr gut, sodass sie nicht bei der Ausbeutung von Hochdruck-Gasbohrungen verwendet werden kann; außerdem kann das Gewindefett nur in einer Umgebung mit einer Temperatur unter 95℃ seine Funktion erfüllen, sodass es nicht bei der Ausbeutung von Hochtemperaturbohrungen verwendet werden kann.
Im Vergleich zur API-Rundgewinde- und Teiltrapezgewindeverbindung weist die Premiumverbindung in folgenden Punkten bahnbrechende Fortschritte auf:
(1) Eine gute Abdichtung durch die Elastizität und die Konstruktion der metallischen Dichtungsstruktur macht die Gasabdichtung der Verbindung widerstandsfähiger gegen das Erreichen der Grenze des Rohrkörpers innerhalb des Fließdrucks.
(2) Hohe Festigkeit der Verbindung. Verbindung mit einer speziellen Schnallenverbindung des Ölgehäuses, deren Verbindungsfestigkeit die Festigkeit des Rohrkörpers erreicht oder übersteigt, um das Problem des Schlupfs grundsätzlich zu lösen;
(3) Durch die Verbesserung des Materialauswahl- und Oberflächenbehandlungsprozesses wurde das Problem der am Faden hängenden Schnalle grundsätzlich gelöst.
(4) Durch Optimierung der Struktur wird eine vernünftigere Verteilung der Verbindungsspannungen erreicht, die die Beständigkeit gegen Spannungskorrosion verbessert.
(5) Durch die vernünftige Gestaltung der Schulterstruktur ist die Bedienung der Schnalle beim Bedienen einfacher durchzuführen.
Derzeit verfügt die Öl- und Gasindustrie über mehr als 100 patentierte Premium-Verbindungen, die bedeutende Fortschritte in der Rohrtechnologie darstellen. Diese speziellen Gewindedesigns bieten überlegene Dichtungseigenschaften, erhöhte Verbindungsfestigkeit und verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Umweltbelastungen. Indem sie Herausforderungen wie hohen Druck, korrosive Umgebungen und extreme Temperaturen bewältigen, sorgen diese Innovationen für mehr Zuverlässigkeit und Effizienz bei Ölbohrungen weltweit. Kontinuierliche Forschung und Entwicklung im Bereich Premium-Verbindungen unterstreichen ihre zentrale Rolle bei der Unterstützung sicherer und produktiverer Bohrverfahren und spiegeln ein anhaltendes Engagement für technologische Spitzenleistungen im Energiesektor wider.
VAM®-Verbindung: VAM®-Verbindungen sind für ihre robuste Leistung in anspruchsvollen Umgebungen bekannt und zeichnen sich durch fortschrittliche Metall-Metall-Dichtungstechnologie und hohe Drehmomentfähigkeiten aus, wodurch ein zuverlässiger Betrieb in Tiefbohrungen und Hochdruckreservoirs gewährleistet wird.
TenarisHydril Wedge-Serie: Diese Serie bietet eine Reihe von Verbindungen wie Blue®, Dopeless® und Wedge 521®, die für ihre außergewöhnliche gasdichte Abdichtung und Widerstandsfähigkeit gegen Druck- und Zugkräfte bekannt sind und so die Betriebssicherheit und Effizienz verbessern.
TSH® Blau: Die von Tenaris entwickelten TSH® Blue-Verbindungen nutzen ein proprietäres Doppelschulterdesign und ein Hochleistungsgewindeprofil und bieten so hervorragende Ermüdungsbeständigkeit und einfache Montage bei kritischen Bohranwendungen.
Grant Prideco™ XT®-Verbindung: Die von NOV entwickelten XT®-Verbindungen verfügen über eine einzigartige Metall-Metall-Dichtung und eine robuste Gewindeform, die eine überlegene Drehmomentkapazität und Beständigkeit gegen Abrieb gewährleistet und so die Lebensdauer der Verbindung verlängert.
Hunting Seal-Lock® Verbindung: Die Seal-Lock®-Verbindung von Hunting verfügt über eine Metall-Metall-Dichtung und ein einzigartiges Gewindeprofil und ist für ihre überragende Druckbeständigkeit und Zuverlässigkeit bei Bohrvorgängen an Land und auf See bekannt.
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das komplexe Netzwerk von Rohren, das für die Öl- und Gasindustrie von entscheidender Bedeutung ist, eine breite Palette von Spezialgeräten umfasst, die für raue Umgebungen und komplexe Betriebsanforderungen ausgelegt sind. Von den grundlegenden Mantelrohren, die Bohrlochwände stützen und schützen, bis hin zu den vielseitigen Rohren, die bei Extraktions- und Injektionsprozessen verwendet werden, dient jeder Rohrtyp einem bestimmten Zweck bei der Exploration, Produktion und dem Transport von Kohlenwasserstoffen. Standards wie API-Spezifikationen gewährleisten Einheitlichkeit und Qualität dieser Rohre, während Innovationen wie Premium-Verbindungen die Leistung unter schwierigen Bedingungen verbessern. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden diese kritischen Komponenten ständig weiterentwickelt und steigern die Effizienz und Zuverlässigkeit im globalen Energiebetrieb. Das Verständnis dieser Rohre und ihrer Spezifikationen unterstreicht ihre unverzichtbare Rolle in der Infrastruktur des modernen Energiesektors.
