Explorando el papel vital de las tuberías de acero en la exploración de petróleo y gas
I. Conocimientos básicos de las tuberías para la industria del petróleo y el gas
1. Explicación de la terminología
API: Abreviación de Instituto Americano de Petróleo.
OCTG: Abreviación de Productos tubulares para campos petroleros, incluidos tubos de revestimiento de aceite, tubos de aceite, tubos de perforación, collares de perforación, brocas, varillas de bombeo, juntas de cachorro, etc.
Tubería de aceite: La tubería se utiliza en pozos petroleros para la extracción de petróleo, extracción de gas, inyección de agua y fracturación ácida.
Caja: Tubería que se baja desde la superficie del suelo hasta un pozo perforado como revestimiento para evitar el colapso de la pared.
Tubería de perforación: Tubería utilizada para perforar pozos.
Tuberia: Tubería utilizada para transportar petróleo o gas.
Acoplamientos: Cilindros utilizados para conectar dos tubos roscados con roscas internas.
Material de acoplamiento: Tubería utilizada para la fabricación de acoplamientos.
Hilos API: Roscas de tubería especificadas por el estándar API 5B, incluidas roscas redondas de tuberías de petróleo, roscas redondas cortas de carcasa, roscas redondas largas de carcasa, roscas trapezoidales parciales de carcasa, roscas de tubería de conducción, etc.
Conexión Premium: Roscas que no son API con propiedades especiales de sellado, propiedades de conexión y otras propiedades.
Fallos: deformación, fractura, daño superficial y pérdida de la función original bajo condiciones de servicio específicas.
Principales formas de fracaso: aplastamiento, deslizamiento, ruptura, fuga, corrosión, unión, desgaste, etc.
2. Normas relacionadas con el petróleo
Especificación API 5B, 17.ª edición – Especificación para roscado, calibrado e inspección de roscas de carcasas, tuberías y tuberías
Especificación API 5L, 46.a edición – Especificación para tubería de conducción
Especificación API 5CT, 11.ª edición – Especificaciones para revestimiento y tubería
Especificación API 5DP, séptima edición – Especificación para tubería de perforación
Especificación API 7-1, 2.ª edición – Especificación para elementos de vástago de taladro giratorio
Especificación API 7-2, segunda edición – Especificación para roscado y calibrado de conexiones roscadas con resalte giratorio
Especificación API 11B, 24.ª edición – Especificaciones para varillas de bombeo, varillas y revestimientos pulidos, acoplamientos, barras de plomo, abrazaderas para varillas pulidas, prensaestopas y tes de bombeo
ISO 3183:2019 – Industrias del petróleo y del gas natural — Tuberías de acero para sistemas de transporte por tuberías
ISO 11960:2020 – Industrias del petróleo y del gas natural — Tuberías de acero para uso como revestimiento o tubería para pozos
NACE MR0175/ISO 15156:2020 – Industrias del petróleo y del gas natural: materiales para uso en entornos que contienen H2S en la producción de petróleo y gas
II. Tubería de aceite
1. Clasificación de los tubos de petróleo
Los tubos de aceite se dividen en tubos de aceite sin recalcado (NU), tubos de aceite con recalcado externo (EU) y tubos de aceite con junta integral (IJ). El tubo de aceite NU significa que el extremo del tubo tiene un grosor normal y gira directamente la rosca y trae los acoplamientos. Tubería recalcada significa que los extremos de ambos tubos están recalcados externamente, luego roscados y acoplados. Tubo de junta integral significa que un extremo del tubo está retorcido con roscas externas y el otro extremo está retorcido con roscas internas y conectado directamente sin acoplamientos.
2. Función de los tubos de aceite
① Extracción de petróleo y gas: después de perforar y cementar los pozos de petróleo y gas, la tubería se coloca en la carcasa de petróleo para extraer petróleo y gas al suelo.
② Inyección de agua: cuando la presión del fondo del pozo sea insuficiente, inyecte agua en el pozo a través de la tubería.
③ Inyección de vapor: En la recuperación de petróleo espeso en caliente, el vapor debe ingresarse al pozo con tubería de petróleo aislada.
④ Acidificación y fracturamiento: en la última etapa de la perforación de pozos o para mejorar la producción de pozos de petróleo y gas, es necesario ingresar un medio de acidificación y fracturamiento o material de curado a la capa de petróleo y gas, y el medio y el material de curado son transportado a través de la tubería de aceite.
3. Grado de acero de los tubos de aceite
Los grados de acero de los tubos de aceite son H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 se divide en N80-1 y N80Q, los dos tienen las mismas propiedades de tracción, las dos diferencias son el estado de entrega y las diferencias de rendimiento del impacto, la entrega de N80-1 por estado normalizado o cuando la temperatura final de laminación es mayor que la la temperatura crítica Ar3 y la reducción de la tensión después del enfriamiento por aire y se pueden usar para encontrar laminación en caliente en lugar de pruebas normalizadas, de impacto y no destructivas; N80Q debe ser templado (templado y revenido). El tratamiento térmico, la función de impacto debe estar en línea con las disposiciones de API 5CT y debe ser una prueba no destructiva.
L80 se divide en L80-1, L80-9Cr y L80-13Cr. Sus propiedades mecánicas y estado de entrega son las mismas. Diferencias en uso, dificultad de producción y precio, L80-1 para el tipo general, L80-9Cr y L80-13Cr son tuberías de alta resistencia a la corrosión, dificultad de producción, costosas y generalmente utilizadas en pozos con alta corrosión.
C90 y T95 se dividen en 1 y 2 tipos, a saber, C90-1, C90-2 y T95-1, T95-2.
4. Grado de acero de uso común de los tubos de aceite, nombre del acero y estado de entrega
J55 (37Mn5) Tubería de aceite NU: Laminada en caliente en lugar de normalizada
Tubería de aceite EU J55 (37Mn5): longitud completa normalizada después de recalcar
Tubería de aceite NU N80-1 (36Mn2V): laminada en caliente en lugar de normalizada
Tubería de aceite EU N80-1 (36Mn2V): longitud completa normalizada después de recalcar
Tubería de aceite N80-Q (30Mn5): 30Mn5, templado de longitud completa
Tubería de aceite L80-1 (30Mn5): 30Mn5, templado de longitud completa
Tubo de aceite P110 (25CrMnMo): 25CrMnMo, templado de longitud completa
J55 (37Mn5) Acoplamiento: Laminado en caliente en línea Normalizado
Acoplamiento N80 (28MnTiB): templado de longitud completa
Acoplamiento L80-1 (28MnTiB): templado de longitud completa
Acoplamiento P110 (25CrMnMo): Templado de longitud completa
III. Tubería de revestimiento
1. Clasificación y función de la carcasa
La carcasa es la tubería de acero que sostiene la pared de los pozos de petróleo y gas. En cada pozo se utilizan varias capas de revestimiento según las diferentes profundidades de perforación y condiciones geológicas. El cemento se utiliza para cementar la carcasa después de su descenso al pozo y, a diferencia de las tuberías de petróleo y de perforación, no se puede reutilizar y pertenece a los materiales consumibles desechables. Por lo tanto, el consumo de revestimiento representa más del 70 por ciento de todas las tuberías de pozos petroleros. La carcasa se puede dividir en carcasa conductora, carcasa intermedia, carcasa de producción y carcasa de revestimiento según su uso, y sus estructuras en pozos petroleros se muestran en la Figura 1.
①Carcasa del conductor: Por lo general, utilizando grados API K55, J55 o H40, la carcasa del conductor estabiliza la boca del pozo y aísla los acuíferos poco profundos con diámetros comúnmente de alrededor de 20 o 16 pulgadas.
②Carcasa intermedia: El revestimiento intermedio, a menudo fabricado con grados API K55, N80, L80 o P110, se utiliza para aislar formaciones inestables y zonas de presión variables, con diámetros típicos de 13 3/8 pulgadas, 11 3/4 pulgadas o 9 5/8 pulgadas. .
③Carcasa de producción: Construida con acero de alta calidad, como los grados API J55, N80, L80, P110 o Q125, la carcasa de producción está diseñada para soportar presiones de producción, comúnmente con diámetros de 9 5/8 pulgadas, 7 pulgadas o 5 1/2 pulgadas.
④Carcasa del revestimiento: Los revestimientos extienden el pozo hacia el yacimiento, utilizando materiales como grados API L80, N80 o P110, con diámetros típicos de 7 pulgadas, 5 pulgadas o 4 1/2 pulgadas.
⑤Tubo: La tubería transporta hidrocarburos a la superficie, utilizando grados API J55, L80 o P110, y está disponible en diámetros de 4 1/2 pulgadas, 3 1/2 pulgadas o 2 7/8 pulgadas.
IV. Tubería de perforación
1. Clasificación y Función de Tuberías para Herramientas de Perforación
La tubería de perforación cuadrada, la tubería de perforación, la tubería de perforación ponderada y el collar de perforación en las herramientas de perforación forman la tubería de perforación. La tubería de perforación es la herramienta de perforación central que impulsa la broca desde el suelo hasta el fondo del pozo, y también es un canal desde el suelo hasta el fondo del pozo. Tiene tres funciones principales:
① Para transmitir torque para impulsar la broca a perforar;
② Apoyar su peso en la broca para romper la presión de la roca en el fondo del pozo;
③ Para transportar el fluido de lavado, es decir, el lodo de perforación a través del suelo a través de las bombas de lodo de alta presión, la columna de perforación en el pozo fluye hacia el fondo del pozo para eliminar los escombros de roca, enfriar la broca y transportar los escombros de roca. a través de la superficie exterior de la columna y la pared del pozo entre el anillo para regresar al suelo, para lograr el propósito de perforar el pozo.
La tubería de perforación en el proceso de perforación debe soportar una variedad de cargas alternas complejas, como tensión, compresión, torsión, flexión y otras tensiones, y la superficie interior también está sujeta a corrosión y abrasión por lodo a alta presión.
(1) Tubo de perforación cuadrado: La tubería de perforación cuadrada tiene dos tipos, tipo cuadrilátero y tipo hexagonal, la tubería de perforación de petróleo de China, cada conjunto de columnas de perforación generalmente utiliza una tubería de perforación de tipo cuadrilátero. Sus especificaciones son 63,5 mm (2-1/2 pulgadas), 88,9 mm (3-1/2 pulgadas), 107,95 mm (4-1/4 pulgadas), 133,35 mm (5-1/4 pulgadas), 152,4 mm ( 6 pulgadas) y así sucesivamente. Por lo general, la longitud utilizada es de 12 a 14,5 m.
(2) Tubería de perforación: La tubería de perforación es la herramienta principal para perforar pozos, está conectada al extremo inferior de la tubería de perforación cuadrada y, a medida que el pozo de perforación continúa profundizándose, la tubería de perforación continúa alargando la columna de perforación una tras otra. Las especificaciones de la tubería de perforación son: 60,3 mm (2-3/8 pulgadas), 73,03 mm (2-7/8 pulgadas), 88,9 mm (3-1/2 pulgadas), 114,3 mm (4-1/2 pulgadas) , 127 mm (5 pulgadas), 139,7 mm (5-1/2 pulgadas), etc.
(3) Tubería de perforación de servicio pesado: Una tubería de perforación ponderada es una herramienta de transición que conecta la tubería de perforación y el collar de perforación, lo que puede mejorar la condición de fuerza de la tubería de perforación y aumentar la presión sobre la broca. Las principales especificaciones de la tubería de perforación ponderada son 88,9 mm (3-1/2 pulgadas) y 127 mm (5 pulgadas).
(4) Collar de perforación: el collar de perforación está conectado a la parte inferior de la tubería de perforación, que es una tubería especial de paredes gruesas con alta rigidez, que ejerce presión sobre la broca para romper la roca y desempeña un papel de guía al perforar un pozo recto. Las especificaciones comunes de los portamechas son 158,75 mm (6-1/4 pulgadas), 177,85 mm (7 pulgadas), 203,2 mm (8 pulgadas), 228,6 mm (9 pulgadas), etc.
V. Tubería de conducción
1. Clasificación de tuberías
Las tuberías de conducción se utilizan en la industria del petróleo y el gas para la transmisión de tuberías de petróleo, petróleo refinado, gas natural y agua con la abreviatura de tubería de acero. El transporte de oleoductos y gasoductos se divide principalmente en oleoductos principales, ramales y redes de oleoductos urbanos. Tres tipos de transmisión por oleoductos principales con las especificaciones habituales para ∅406 ~ 1219 mm, espesor de pared de 10 ~ 25 mm, grado de acero X42 ~ X80. ; Las tuberías de ramales y las redes de tuberías urbanas generalmente tienen especificaciones para ∅114 ~ 700 mm, espesor de pared de 6 ~ 20 mm, el grado de acero para X42 ~ X80. El grado de acero es X42～X80. La tubería de conducción está disponible en tipo soldado y sin costura. Los tubos soldados se utilizan más que los tubos sin costura.
2. Estándar de tubería
API Spec 5L: especificación para tuberías de conducción
ISO 3183 – Industrias del petróleo y del gas natural – Tuberías de acero para sistemas de transporte por tuberías
3. PSL1 y PSL2
PSL es la abreviatura de Nivel de especificación del producto. El nivel de especificación del producto de tubería se divide en PSL 1 y PSL 2, también se puede decir que el nivel de calidad se divide en PSL 1 y PSL 2. PSL 2 es más alto que PSL 1, los 2 niveles de especificación no solo tienen diferentes requisitos de prueba, pero los requisitos de composición química y propiedades mecánicas son diferentes, por lo que de acuerdo con el pedido API 5L, los términos del contrato, además de especificar las especificaciones, el grado del acero y otros indicadores comunes, también deben indicar el nivel de especificación del producto, es decir, PSL. 1 o PSL 2. PSL 2 en composición química, propiedades de tracción, potencia de impacto, pruebas no destructivas y otros indicadores son más estrictos que PSL 1.
4. Grado de acero de tuberías, composición química y propiedades mecánicas
El grado de acero de las tuberías de menor a mayor se divide en: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 y X80. Para obtener información detallada sobre la composición química y las propiedades mecánicas, consulte la especificación API 5L, libro de la 46.ª edición.
5. Requisitos de prueba hidrostática y examen no destructivo de tuberías de conducción
La tubería de conducción debe realizarse una prueba hidráulica rama por rama, y la norma no permite la generación no destructiva de presión hidráulica, lo que también es una gran diferencia entre la norma API y nuestras normas. PSL 1 no requiere pruebas no destructivas, PSL 2 debe ser pruebas no destructivas rama por rama.
VI. Conexiones Premium
1. Introducción de conexiones premium
Premium Connection es un hilo de tubería con una estructura especial diferente del hilo API. Aunque la carcasa de petróleo roscada API existente se usa ampliamente en la explotación de pozos petroleros, sus deficiencias se muestran claramente en el entorno especial de algunos campos petroleros: la columna de tubería roscada redonda API, aunque su rendimiento de sellado es mejor, la fuerza de tracción soportada por la rosca la pieza sólo equivale a 60% a 80% de la resistencia del cuerpo de la tubería, por lo que no puede ser utilizada en la explotación de pozos profundos; La columna de tubería roscada trapezoidal sesgada API, aunque su rendimiento de tracción es mucho mayor que el de la conexión roscada redonda API, su rendimiento de sellado no es tan bueno. Aunque el rendimiento de tracción de la columna es mucho mayor que el de la conexión de rosca redonda API, su rendimiento de sellado no es muy bueno, por lo que no se puede utilizar en la explotación de pozos de gas de alta presión; Además, la grasa para roscas sólo puede desempeñar su función en un ambiente con una temperatura inferior a 95 ℃, por lo que no puede utilizarse en la explotación de pozos de alta temperatura.
En comparación con la conexión de rosca redonda API y la conexión de rosca trapezoidal parcial, la conexión premium ha logrado grandes avances en los siguientes aspectos:
(1) Un buen sellado, a través de la elasticidad y el diseño de la estructura de sellado metálico, hace que el sellado de gas de la junta sea resistente a alcanzar el límite del cuerpo del tubo dentro de la presión de fluencia;
(2) Alta resistencia de la conexión, que se conecta con una conexión de hebilla especial de la carcasa de aceite, su resistencia de conexión alcanza o excede la resistencia del cuerpo del tubo, para resolver fundamentalmente el problema del deslizamiento;
(3) Mediante la mejora del proceso de selección de materiales y tratamiento de superficies, básicamente se resolvió el problema de la hebilla pegada al hilo;
(4) Mediante la optimización de la estructura, de modo que la distribución de tensiones en las juntas sea más razonable y más propicia para la resistencia a la corrosión por tensiones;
(5) A través de la estructura del hombro del diseño razonable, de modo que la operación de la hebilla en la operación sea más fácil de realizar.
En la actualidad, la industria del petróleo y el gas cuenta con más de 100 conexiones premium patentadas, lo que representa avances significativos en la tecnología de tuberías. Estos diseños de roscas especializados ofrecen capacidades de sellado superiores, mayor resistencia de la conexión y mayor resistencia a las tensiones ambientales. Al abordar desafíos como altas presiones, ambientes corrosivos y temperaturas extremas, estas innovaciones garantizan una mayor confiabilidad y eficiencia en las operaciones de pozos petroleros en todo el mundo. La investigación y el desarrollo continuos en conexiones premium subrayan su papel fundamental en el apoyo a prácticas de perforación más seguras y productivas, lo que refleja un compromiso continuo con la excelencia tecnológica en el sector energético.
Conexión VAM®: Conocidas por su sólido rendimiento en entornos desafiantes, las conexiones VAM® cuentan con tecnología avanzada de sellado de metal a metal y capacidades de alto torque, lo que garantiza operaciones confiables en pozos profundos y yacimientos de alta presión.
Serie de cuñas TenarisHydril: Esta serie ofrece una gama de conexiones como Blue®, Dopeless® y Wedge 521®, conocidas por su excepcional sellado hermético y resistencia a las fuerzas de compresión y tensión, lo que mejora la seguridad y eficiencia operativa.
TSH® Azul: Diseñadas por Tenaris, las conexiones TSH® Blue utilizan un diseño patentado de doble hombro y un perfil de rosca de alto rendimiento, lo que proporciona una excelente resistencia a la fatiga y facilidad de conexión en aplicaciones de perforación críticas.
Conexión Grant Prideco™ XT®: Diseñadas por NOV, las conexiones XT® incorporan un sello exclusivo de metal con metal y una forma de rosca robusta, lo que garantiza una capacidad de torsión superior y resistencia al desgaste, extendiendo así la vida operativa de la conexión.
Conexión Hunting Seal-Lock®: Con un sello de metal a metal y un perfil de rosca único, la conexión Seal-Lock® de Hunting es reconocida por su resistencia a la presión superior y confiabilidad en operaciones de perforación tanto en tierra como en alta mar.
Conclusión
En conclusión, la intrincada red de tuberías cruciales para la industria del petróleo y el gas abarca una amplia gama de equipos especializados diseñados para soportar entornos rigurosos y demandas operativas complejas. Desde las tuberías de revestimiento fundamentales que sostienen y protegen las paredes de los pozos hasta las tuberías versátiles utilizadas en los procesos de extracción e inyección, cada tipo de tubería tiene un propósito distinto en la exploración, producción y transporte de hidrocarburos. Estándares como las especificaciones API garantizan uniformidad y calidad en estas tuberías, mientras que innovaciones como las conexiones premium mejoran el rendimiento en condiciones difíciles. A medida que la tecnología evoluciona, estos componentes críticos continúan avanzando, impulsando la eficiencia y la confiabilidad en las operaciones energéticas globales. Comprender estas tuberías y sus especificaciones subraya su papel indispensable en la infraestructura del sector energético moderno.
