Rohre aus Ölfeldern (OCTG)
Ölfeldrohre (OCTG) ist eine Familie nahtlos gewalzter Produkte, bestehend aus Bohrrohren, Futterrohren und Rohrleitungen, die je nach spezifischer Anwendung Belastungsbedingungen ausgesetzt sind. (Eine schematische Darstellung eines Tiefbrunnens finden Sie in Abbildung 1):
Der Bohrgestänge ist ein schweres nahtloses Rohr, das den Bohrer dreht und Bohrflüssigkeit zirkulieren lässt. Rohrsegmente von 30 Fuß (9 m) Länge sind mit Werkzeugverbindungen verbunden. Das Bohrrohr ist gleichzeitig einem hohen Drehmoment durch das Bohren, axialer Spannung durch sein Eigengewicht und innerem Druck durch das Ausblasen der Bohrflüssigkeit ausgesetzt. Zusätzlich können sich auf diese grundlegenden Belastungsmuster wechselnde Biegebelastungen aufgrund von nicht vertikalem oder abgelenktem Bohren auswirken.
Mantelrohr kleidet das Bohrloch aus. Es ist axialer Spannung durch sein Eigengewicht, innerem Druck durch Flüssigkeitsspülung und äußerem Druck durch umgebende Gesteinsformationen ausgesetzt. Das Gehäuse ist insbesondere axialer Spannung und innerem Druck durch die gepumpte Öl- oder Gasemulsion ausgesetzt.
Ein Rohr ist ein Rohr, durch das Öl oder Gas aus dem Bohrloch transportiert wird. Rohrsegmente sind im Allgemeinen etwa 9 m lang und haben an jedem Ende einen Gewindeanschluss.
Korrosionsbeständigkeit unter sauren Betriebsbedingungen ist eine sehr wichtige OCTG-Eigenschaft, insbesondere für Gehäuse und Rohre.
Typische OCTG-Herstellungsverfahren umfassen (alle Maßbereiche sind ungefähre Angaben)
Kontinuierliches Dornwalzverfahren und Stoßbankverfahren für Größen zwischen 21 und 178 mm Außendurchmesser.
Stopfenwalzwerk für Größen zwischen 140 und 406 mm Außendurchmesser.
Querwalzlochen und Pilgerwalzen für Größen zwischen 250 und 660 mm Außendurchmesser.
Diese Verfahren ermöglichen in der Regel nicht die thermomechanische Verarbeitung, die für die für das geschweißte Rohr verwendeten Streifen- und Plattenprodukte üblich ist. Daher müssen hochfeste nahtlose Rohre durch Erhöhung des Legierungsgehalts in Kombination mit einer geeigneten Wärmebehandlung wie Abschrecken und Anlassen hergestellt werden.
Abbildung 1. Schematische Darstellung der Fertigstellung eines Tiefbrunnens
Um die grundlegende Anforderung einer vollständig martensitischen Mikrostruktur auch bei großen Rohrwandstärken zu erfüllen, ist eine gute Härtbarkeit erforderlich. Cr und Mn sind die wichtigsten Legierungselemente, die zur Erzielung einer guten Härtbarkeit bei herkömmlichem Vergütungsstahl verwendet werden. Die Anforderung einer guten Beständigkeit gegen Sulfidspannungsrisse (SSC) begrenzt jedoch ihre Verwendung. Mn neigt beim Stranggießen zur Entmischung und kann große MnS-Einschlüsse bilden, die die Beständigkeit gegen wasserstoffinduzierte Risse (HIC) verringern. Höhere Cr-Werte können zur Bildung von Cr7C3-Niederschlägen mit grober, plattenförmiger Morphologie führen, die als Wasserstoffsammler und Rissinitiatoren wirken. Durch Legieren mit Molybdän können die Beschränkungen von Mn- und Cr-Legierungen überwunden werden. Mo ist ein viel stärkerer Härter als Mn und Cr, sodass es die Wirkung einer reduzierten Menge dieser Elemente leicht wiederherstellen kann.
Traditionell waren OCTG-Güten Kohlenstoff-Mangan-Stähle (bis zu einer Festigkeit von 55 ksi) oder Mo-haltige Güten bis zu 0,4% Mo. In den letzten Jahren haben Tiefbohrungen und Lagerstätten mit Schadstoffen, die Korrosion verursachen, eine starke Nachfrage nach höherfesten Materialien geschaffen, die gegen Wasserstoffversprödung und SCC beständig sind. Hochvergüteter Martensit ist die Struktur, die bei höheren Festigkeitsstufen am widerstandsfähigsten gegen SSC ist, und 0,75% ist die Mo-Konzentration, die die optimale Kombination aus Streckgrenze und SSC-Beständigkeit ergibt.
