Exploration du rôle vital des tuyaux en acier dans l'exploration pétrolière et gazière
I. Les connaissances de base du pipeline pour l'industrie pétrolière et gazière
1. Explication de la terminologie
API : Abréviation de Institut américain du pétrole.
FTPP : Abréviation de Produits tubulaires pour champs pétrolifères, y compris les tuyaux de tubage d'huile, les tubes d'huile, les tiges de forage, les colliers de forage, les forets, les tiges de ventouse, les joints de chiot, etc.
Tube d'huile : Les tubes sont utilisés dans les puits de pétrole pour l’extraction de pétrole, l’extraction de gaz, l’injection d’eau et la fracturation acide.
Enveloppe: Tube descendu de la surface du sol dans un trou foré comme revêtement pour empêcher l'effondrement du mur.
Garniture de forage : Tuyau utilisé pour percer des trous de forage.
Tuyau de canalisation : Tuyau utilisé pour transporter du pétrole ou du gaz.
Accouplements : Cylindres utilisés pour relier deux tuyaux filetés avec des filetages internes.
Matériau de couplage : Tuyau utilisé pour fabriquer des raccords.
Fils de discussion API : Filetages de tuyaux spécifiés par la norme API 5B, y compris les filetages ronds de tuyaux d'huile, les filetages ronds courts de boîtier, les filetages ronds longs de boîtier, les filetages trapézoïdaux partiels de boîtier, les filetages de tuyaux de canalisation, etc.
Connexion Premium : Filetages non API avec des propriétés d'étanchéité, des propriétés de connexion et d'autres propriétés spéciales.
Les échecs: déformation, fracture, dommages de surface et perte de la fonction d'origine dans des conditions de service spécifiques.
Principales formes d’échec : écrasement, glissement, rupture, fuite, corrosion, collage, usure, etc.
2. Normes liées au pétrole
API Spec 5B, 17e édition – Spécifications pour le filetage, le calibrage et l'inspection des filetages des filetages de boîtiers, de tubes et de conduites
API Spec 5L, 46e édition – Spécification pour les tuyaux de canalisation
API Spec 5CT, 11e édition – Spécifications pour les boîtiers et les tubes
Spécification API 5DP, 7e édition – Spécifications pour les tiges de forage
Spécification API 7-1, 2e édition – Spécifications pour les éléments de tige de foret rotatif
Spécification API 7-2, 2e édition – Spécifications pour le filetage et le calibrage des connexions filetées à épaulement rotatif
API Spec 11B, 24e édition – Spécifications pour les tiges de pompage, les tiges et doublures polies, les accouplements, les barres de plombage, les colliers de tige polis, les presse-étoupes et les tés de pompage
ISO 3183:2019 – Industries du pétrole et du gaz naturel – Tuyaux en acier pour systèmes de transport par pipeline
ISO 11960:2020 – Industries du pétrole et du gaz naturel – Tuyaux en acier destinés à être utilisés comme tubage ou tube pour puits
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – Industries du pétrole et du gaz naturel – Matériaux destinés à être utilisés dans des environnements contenant du H2S dans la production pétrolière et gazière
II. Tube d'huile
1. Classification des tubes d'huile
Les tubes d'huile sont divisés en tubes d'huile non renversés (NU), en tubes d'huile externes bouleversés (UE) et en tubes d'huile à joint intégral (IJ). Le tube d'huile NU signifie que l'extrémité du tube est d'épaisseur normale et fait tourner directement le filetage et amène les raccords. Un tube renversé signifie que les extrémités des deux tubes sont renversées extérieurement, puis filetées et couplées. Le tube à joint intégral signifie qu'une extrémité du tube est bouleversée avec des filetages externes et l'autre extrémité est bouleversée avec des filetages internes et connectée directement sans raccords.
2. Fonction du tube d'huile
① Extraction de pétrole et de gaz : une fois les puits de pétrole et de gaz forés et cimentés, le tube est placé dans le carter de pétrole pour extraire le pétrole et le gaz jusqu'au sol.
② Injection d'eau : lorsque la pression au fond du trou est insuffisante, injectez de l'eau dans le puits à travers le tube.
③ Injection de vapeur : lors de la récupération d'huile chaude épaisse, la vapeur doit être introduite dans le puits à l'aide d'un tube d'huile isolé.
④ Acidification et fracturation : À la fin du forage de puits ou pour améliorer la production de puits de pétrole et de gaz, il est nécessaire d'introduire un milieu d'acidification et de fracturation ou un matériau de durcissement dans la couche de pétrole et de gaz, et le milieu et le matériau de durcissement sont transporté à travers le tube d’huile.
3. Qualité d'acier des tubes d'huile
Les qualités d'acier des tubes d'huile sont H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 est divisé en N80-1 et N80Q, les deux ont les mêmes propriétés de traction, les deux différences sont l'état de livraison et les différences de performances d'impact, la livraison du N80-1 par état normalisé ou lorsque la température de laminage finale est supérieure à la la température critique Ar3 et la réduction de tension après refroidissement par air et peuvent être utilisées pour trouver un laminage à chaud au lieu de tests normalisés, d'impact et non destructifs ne sont pas nécessaires ; N80Q doit être revenu (trempé et revenu). Le traitement thermique, la fonction d'impact doit être conforme aux dispositions de l'API 5CT et doit faire l'objet de tests non destructifs.
L80 est divisé en L80-1, L80-9Cr et L80-13Cr. Leurs propriétés mécaniques et leur état de livraison sont les mêmes. Différences d'utilisation, de difficulté de production et de prix, L80-1 pour le type général, L80-9Cr et L80-13Cr sont des tubes à haute résistance à la corrosion, difficiles à produire, coûteux et généralement utilisés dans les puits à forte corrosion.
C90 et T95 sont divisés en types 1 et 2, à savoir C90-1, C90-2 et T95-1, T95-2.
4. La qualité d'acier, le nom de l'acier et l'état de livraison des tubes d'huile couramment utilisés
Tube d'huile J55 (37Mn5) NU : laminé à chaud au lieu de normalisé
Tube d'huile J55 (37Mn5) EU : normalisé sur toute la longueur après bouleversement
Tubes d'huile N80-1 (36Mn2V) NU : laminés à chaud au lieu de normalisés
Tube d'huile N80-1 (36Mn2V) EU : normalisé sur toute la longueur après bouleversement
Tube d'huile N80-Q (30Mn5) : 30Mn5, trempe sur toute la longueur
Tube d'huile L80-1 (30Mn5) : 30Mn5, trempe sur toute la longueur
Tube d'huile P110 (25CrMnMo) : 25CrMnMo, trempe sur toute la longueur
Accouplement J55 (37Mn5) : laminé à chaud en ligne normalisé
Couplage N80 (28MnTiB) : trempe sur toute la longueur
Accouplement L80-1 (28MnTiB) : trempé sur toute la longueur
Couplage P110 (25CrMnMo) : Trempe sur toute la longueur
III. Tuyau de tubage
1. Classification et rôle du boîtier
Le tubage est le tuyau en acier qui soutient la paroi des puits de pétrole et de gaz. Plusieurs couches de tubage sont utilisées dans chaque puits en fonction des différentes profondeurs de forage et des conditions géologiques. Le ciment est utilisé pour cimenter le tubage après son abaissement dans le puits, et contrairement aux oléoducs et aux tiges de forage, il ne peut pas être réutilisé et fait partie des matériaux consommables jetables. Par conséquent, la consommation de tubage représente plus de 70 pour cent de tous les tuyaux de puits de pétrole. Le boîtier peut être divisé en boîtier conducteur, boîtier intermédiaire, boîtier de production et boîtier de revêtement en fonction de son utilisation, et leurs structures dans les puits de pétrole sont illustrées à la figure 1.
①Boîtier du conducteur : Utilisant généralement les qualités API K55, J55 ou H40, le tubage conducteur stabilise la tête de puits et isole les aquifères peu profonds dont le diamètre est généralement d'environ 20 pouces ou 16 pouces.
②Boîtier intermédiaire : Le tubage intermédiaire, souvent fabriqué à partir de qualités API K55, N80, L80 ou P110, est utilisé pour isoler les formations instables et les zones de pression variables, avec des diamètres typiques de 13 3/8 pouces, 11 3/4 pouces ou 9 5/8 pouces. .
③Boîtier de production : Construit à partir d'acier de haute qualité tel que les nuances API J55, N80, L80, P110 ou Q125, le boîtier de production est conçu pour résister aux pressions de production, généralement avec des diamètres de 9 5/8 pouces, 7 pouces ou 5 1/2 pouces.
④Boîtier de revêtement : Les revêtements prolongent le puits de forage dans le réservoir, en utilisant des matériaux tels que les qualités API L80, N80 ou P110, avec des diamètres typiques de 7 pouces, 5 pouces ou 4 1/2 pouces.
⑤Tube : Les tubes transportent les hydrocarbures vers la surface, en utilisant les qualités API J55, L80 ou P110, et sont disponibles dans des diamètres de 4 1/2 pouces, 3 1/2 pouces ou 2 7/8 pouces.
IV. Garniture de forage
1. Classification et fonction des tuyaux pour outils de forage
La tige de forage carrée, la tige de forage, la tige de forage lestée et la masse-tige des outils de forage forment la tige de forage. La tige de forage est l'outil de carottage qui entraîne le trépan du sol jusqu'au fond du puits, et c'est également un canal du sol au fond du puits. Il a trois rôles principaux :
① Pour transmettre le couple pour entraîner le foret vers le foret ;
② Compter sur son poids sur le trépan pour briser la pression de la roche au fond du puits ;
③ Pour transporter le fluide de lavage, c'est-à-dire la boue de forage à travers le sol à travers les pompes à boue à haute pression, la colonne de forage dans le trou de forage s'écoule dans le fond du puits pour rincer les débris de roche et refroidir le trépan, et transporter les débris de roche à travers la surface extérieure de la colonne et la paroi du puits entre l'espace annulaire pour retourner au sol, pour atteindre l'objectif de forer le puits.
La tige de forage dans le processus de forage doit résister à une variété de charges alternées complexes, telles que la traction, la compression, la torsion, la flexion et d'autres contraintes, la surface intérieure est également soumise au récurage et à la corrosion par la boue à haute pression.
(1) Garniture de forage carrée : la tige de forage carrée a deux types de type quadrilatère et de type hexagonal, la tige de forage pétrolière de Chine, chaque ensemble de colonnes de forage utilise généralement une tige de forage de type quadrilatéral. Ses spécifications sont 63,5 mm (2-1/2 pouces), 88,9 mm (3-1/2 pouces), 107,95 mm (4-1/4 pouces), 133,35 mm (5-1/4 pouces), 152,4 mm ( 6 pouces) et ainsi de suite. Habituellement, la longueur utilisée est de 12 à 14,5 m.
(2) Garniture de forage : La tige de forage est l'outil principal pour forer des puits, reliée à l'extrémité inférieure de la tige de forage carrée, et à mesure que le puits de forage continue de s'approfondir, la tige de forage continue d'allonger la colonne de forage l'une après l'autre. Les spécifications de la tige de forage sont : 60,3 mm (2-3/8 pouces), 73,03 mm (2-7/8 pouces), 88,9 mm (3-1/2 pouces), 114,3 mm (4-1/2 pouces). , 127 mm (5 pouces), 139,7 mm (5-1/2 pouces) et ainsi de suite.
(3) Garniture de forage robuste : Une tige de forage lestée est un outil de transition reliant la tige de forage et la masse-tige, ce qui peut améliorer l'état de force de la tige de forage et augmenter la pression sur le trépan. Les principales spécifications de la tige de forage lestée sont de 88,9 mm (3-1/2 pouces) et 127 mm (5 pouces).
(4) Collier de forage : la masse-tige est reliée à la partie inférieure de la tige de forage, qui est une tige spéciale à paroi épaisse avec une rigidité élevée, exerçant une pression sur le trépan pour briser la roche et jouant un rôle de guidage lors du forage d'un puits droit. Les spécifications courantes des colliers de forage sont 158,75 mm (6-1/4 pouces), 177,85 mm (7 pouces), 203,2 mm (8 pouces), 228,6 mm (9 pouces), etc.
V. Tuyau de canalisation
1. Classification des tuyaux de canalisation
Les tuyaux de canalisation sont utilisés dans l'industrie pétrolière et gazière pour le transport de pipelines de pétrole, de pétrole raffiné, de gaz naturel et d'eau avec l'abréviation de tuyaux en acier. Le transport des oléoducs et des gazoducs est principalement divisé en canalisations principales, canalisations secondaires et canalisations du réseau de canalisations urbaines, trois types de transmission par canalisation principale des spécifications habituelles pour ∅406 ~ 1219 mm, épaisseur de paroi de 10 ~ 25 mm, qualité d'acier X42 ~ X80. ; Les canalisations de branchement et les canalisations du réseau de canalisations urbaines sont généralement spécifiées pour le ∅114 ~ 700 mm, l'épaisseur de paroi de 6 ~ 20 mm, la qualité d'acier pour le X42 ~ X80. La nuance d'acier est X42～X80. Les tuyaux de canalisation sont disponibles en type soudé et sans soudure. Les tuyaux de canalisation soudés sont plus utilisés que les tuyaux de canalisation sans soudure.
2. Norme de conduite
API Spec 5L – Spécification pour les tuyaux de canalisation
ISO 3183 – Industries du pétrole et du gaz naturel – Tubes en acier pour systèmes de transport par pipeline
3. PSL1 et PSL2
PSL est l'abréviation de Niveau de spécification du produit. Le niveau de spécification du produit des tuyaux de canalisation est divisé en PSL 1 et PSL 2, on peut également dire que le niveau de qualité est divisé en PSL 1 et PSL 2. PSL 2 est supérieur à PSL 1, les 2 niveaux de spécification ont non seulement des exigences de test différentes, mais les exigences en matière de composition chimique et de propriétés mécaniques sont différentes, donc selon la commande API 5L, les termes du contrat en plus de spécifier les spécifications, la qualité d'acier et d'autres indicateurs communs, mais doivent également indiquer le niveau de spécification du produit, c'est-à-dire PSL 1 ou PSL 2. PSL 2 en termes de composition chimique, de propriétés de traction, de puissance d'impact, de tests non destructifs et d'autres indicateurs sont plus stricts que PSL 1.
4. Qualité d'acier des tuyaux de canalisation, composition chimique et propriétés mécaniques
La qualité d'acier des tuyaux de canalisation, de faible à élevée, est divisée en : A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 et X80. Pour la composition chimique et les propriétés mécaniques détaillées, veuillez vous référer à la spécification API 5L, 46e édition du livre.
5. Exigences relatives aux essais hydrostatiques et aux examens non destructifs des conduites de canalisation
Les conduites de canalisation doivent être effectuées branche par branche, et la norme ne permet pas la génération non destructive de pression hydraulique, ce qui constitue également une grande différence entre la norme API et nos normes. PSL 1 ne nécessite pas de contrôle non destructif, PSL 2 doit être un contrôle non destructif branche par branche.
VI. Connexions premium
1. Introduction des connexions Premium
Premium Connection est un thread de canalisation avec une structure spéciale différente du thread API. Bien que le boîtier d'huile fileté API existant soit largement utilisé dans l'exploitation des puits de pétrole, ses défauts sont clairement démontrés dans l'environnement particulier de certains champs pétrolifères : la colonne de tuyau fileté rond API, bien que ses performances d'étanchéité soient meilleures, la force de traction supportée par le tube fileté une partie n'équivaut qu'à 60% à 80% de la résistance du corps du tuyau, et elle ne peut donc pas être utilisée dans l'exploitation de puits profonds ; la colonne de tuyau fileté trapézoïdal biaisé API, bien que ses performances de traction soient beaucoup supérieures à celles de la connexion filetée ronde API, ses performances d'étanchéité ne sont pas si bonnes. Bien que les performances de traction de la colonne soient bien supérieures à celles du raccord à filetage rond API, ses performances d'étanchéité ne sont pas très bonnes, elle ne peut donc pas être utilisée dans l'exploitation de puits de gaz à haute pression ; de plus, la graisse filetée ne peut jouer son rôle que dans un environnement à température inférieure à 95℃, elle ne peut donc pas être utilisée dans l'exploitation de puits à haute température.
Par rapport au filetage rond API et à la connexion à filetage trapézoïdal partiel, la connexion premium a fait des progrès révolutionnaires dans les aspects suivants :
(1) Une bonne étanchéité, grâce à l'élasticité et à la conception de la structure d'étanchéité métallique, rend l'étanchéité au gaz du joint résistante à l'atteinte de la limite du corps du tube dans la pression d'écoulement ;
(2) Haute résistance de la connexion, se connectant avec une connexion à boucle spéciale du carter d'huile, sa force de connexion atteint ou dépasse la résistance du corps du tube, pour résoudre fondamentalement le problème du glissement ;
(3) Grâce à la sélection des matériaux et à l'amélioration du processus de traitement de surface, le problème de la boucle qui colle au fil est essentiellement résolu ;
(4) Grâce à l'optimisation de la structure, afin que la répartition des contraintes des joints soit plus raisonnable et plus propice à la résistance à la corrosion sous contrainte ;
(5) Grâce à la structure d'épaule de conception raisonnable, de sorte que le fonctionnement de la boucle lors de l'opération soit plus facile à réaliser.
À l'heure actuelle, l'industrie pétrolière et gazière compte plus de 100 connexions haut de gamme brevetées, ce qui représente des avancées significatives dans la technologie des canalisations. Ces conceptions de filetage spécialisées offrent des capacités d'étanchéité supérieures, une résistance de connexion accrue et une résistance améliorée aux contraintes environnementales. En relevant des défis tels que les hautes pressions, les environnements corrosifs et les températures extrêmes, ces innovations garantissent une plus grande fiabilité et efficacité dans les opérations de puits de pétrole dans le monde entier. La recherche et le développement continus dans le domaine des connexions haut de gamme soulignent leur rôle central dans le soutien de pratiques de forage plus sûres et plus productives, reflétant un engagement continu envers l'excellence technologique dans le secteur de l'énergie.
Connexion VAM® : Connues pour leurs performances robustes dans des environnements difficiles, les connexions VAM® sont dotées d'une technologie avancée d'étanchéité métal sur métal et de capacités de couple élevées, garantissant des opérations fiables dans les puits profonds et les réservoirs à haute pression.
Série TenarisHydril Wedge : Cette série propose une gamme de connexions telles que Blue®, Dopeless® et Wedge 521®, connues pour leur étanchéité exceptionnelle aux gaz et leur résistance aux forces de compression et de tension, améliorant ainsi la sécurité et l'efficacité opérationnelles.
TSH® Bleu : Conçues par Tenaris, les connexions TSH® Blue utilisent une conception exclusive à double épaulement et un profil de filetage haute performance, offrant une excellente résistance à la fatigue et une facilité de vissage dans les applications de forage critiques.
Accordez la connexion Prideco™ XT® : Conçues par NOV, les connexions XT® intègrent un joint métal sur métal unique et une forme de filetage robuste, garantissant une capacité de couple et une résistance au grippage supérieures, prolongeant ainsi la durée de vie opérationnelle de la connexion.
Connexion Hunting Seal-Lock® : Dotée d'un joint métal sur métal et d'un profil de filetage unique, la connexion Seal-Lock® de Hunting est réputée pour sa résistance supérieure à la pression et sa fiabilité dans les opérations de forage onshore et offshore.
Conclusion
En conclusion, le réseau complexe de canalisations crucial pour l’industrie pétrolière et gazière englobe un large éventail d’équipements spécialisés conçus pour résister à des environnements rigoureux et à des exigences opérationnelles complexes. Depuis les tubes de tubage de fondation qui soutiennent et protègent les parois des puits jusqu'aux tubes polyvalents utilisés dans les processus d'extraction et d'injection, chaque type de tube répond à un objectif distinct dans l'exploration, la production et le transport des hydrocarbures. Des normes telles que les spécifications API garantissent l'uniformité et la qualité de ces canalisations, tandis que des innovations telles que des connexions haut de gamme améliorent les performances dans des conditions difficiles. À mesure que la technologie évolue, ces composants essentiels continuent de progresser, améliorant ainsi l’efficacité et la fiabilité des opérations énergétiques mondiales. Comprendre ces tuyaux et leurs spécifications souligne leur rôle indispensable dans l'infrastructure du secteur énergétique moderne.
