Esplorare il ruolo fondamentale dei tubi in acciaio nell'esplorazione di petrolio e gas
I. Conoscenza di base delle tubazioni per l'industria del petrolio e del gas
1. Spiegazione della terminologia
API: Abbreviazione di Istituto americano del petrolio.
OTTG: Abbreviazione di Beni tubolari dei paesi petroliferi, compreso il tubo dell'involucro dell'olio, la tubazione dell'olio, l'asta di perforazione, il collare di perforazione, le punte da trapano, l'asta della ventosa, i giunti del cucciolo, ecc.
Tubazione dell'olio: I tubi vengono utilizzati nei pozzi petroliferi per l'estrazione del petrolio, l'estrazione del gas, l'iniezione di acqua e la fratturazione di acidi.
Involucro: Tubazione che viene calata dalla superficie del terreno in un foro trivellato come rivestimento per prevenire il collasso del muro.
Asta di perforazione: Tubo utilizzato per la perforazione di pozzi.
Tubo di linea: Tubo utilizzato per il trasporto di petrolio o gas.
Accoppiamenti: Cilindri utilizzati per collegare due tubi filettati con filettatura interna.
Materiale di accoppiamento: Tubo utilizzato per la produzione di raccordi.
Thread API: Filettature di tubi specificate dallo standard API 5B, comprese filettature rotonde di tubi dell'olio, filettature rotonde corte dell'involucro, filettature rotonde lunghe dell'involucro, filettature trapezoidali parziali dell'involucro, filettature di tubi di linea e così via.
Connessione Premium: Filettature non API con proprietà di tenuta speciali, proprietà di connessione e altre proprietà.
Fallimenti: deformazione, frattura, danno superficiale e perdita della funzione originale in condizioni di servizio specifiche.
Principali forme di fallimento: schiacciamento, scivolamento, rottura, perdita, corrosione, incollaggio, usura e così via.
2. Standard relativi al petrolio
Specifica API 5B, 17a edizione – Specifiche per filettatura, misurazione e ispezione della filettatura di involucri, tubi e filettature di condotte
Specifica API 5L, 46a edizione – Specifiche per tubi di linea
API Spec 5CT, 11a edizione – Specifiche per involucro e tubi
Specifica API 5DP, 7a edizione – Specifiche per aste di perforazione
Specifica API 7-1, 2a edizione – Specifiche per gli elementi dello stelo del trapano rotante
Specifica API 7-2, 2a edizione – Specifiche per la filettatura e la misurazione delle connessioni filettate con spallamento rotante
Specifica API 11B, 24a edizione – Specifiche per aste a ventosa, aste e rivestimenti lucidati, giunti, barre platine, morsetti per aste lucidati, premistoppa e raccordi a T di pompaggio
ISO 3183:2019 – Industrie del petrolio e del gas naturale – Tubi in acciaio per sistemi di trasporto condotte
ISO11960:2020 – Industrie del petrolio e del gas naturale – Tubi in acciaio da utilizzare come involucri o tubazioni per pozzi
NACE MR0175/ISO 15156:2020 – Industrie del petrolio e del gas naturale – Materiali da utilizzare in ambienti contenenti H2S nella produzione di petrolio e gas
II. Tubazione dell'olio
1. Classificazione dei tubi dell'olio
I tubi dell'olio sono suddivisi in tubi dell'olio non rovesciati (NU), tubi dell'olio rovesciati esterni (EU) e tubi dell'olio con giunto integrale (IJ). Tubazione olio NU significa che l'estremità del tubo ha uno spessore normale e gira direttamente la filettatura e porta i giunti. Tubo ricalcato significa che le estremità di entrambi i tubi sono ricalcate esternamente, quindi filettate e accoppiate. Tubo con giunto integrale significa che un'estremità del tubo è sbalzata con filettature esterne e l'altra estremità è sbalzata con filettature interne e collegata direttamente senza giunti.
2. Funzione del tubo dell'olio
① Estrazione di petrolio e gas: dopo che i pozzi di petrolio e gas sono stati perforati e cementati, il tubo viene posizionato nell'involucro del petrolio per estrarre petrolio e gas nel terreno.
② Iniezione di acqua: quando la pressione di fondo pozzo è insufficiente, iniettare acqua nel pozzo attraverso il tubo.
③ Iniezione di vapore: nel recupero di olio caldo denso, il vapore deve essere immesso nel pozzo con un tubo dell'olio isolato.
④ Acidificazione e fratturazione: nella fase avanzata della perforazione di pozzi o per migliorare la produzione di pozzi di petrolio e gas, è necessario immettere il mezzo di acidificazione e fratturazione o il materiale di indurimento nello strato di petrolio e gas, e il mezzo e il materiale di indurimento sono trasportato attraverso il tubo dell'olio.
3. Grado di acciaio dei tubi dell'olio
I gradi di acciaio dei tubi dell'olio sono H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 è diviso in N80-1 e N80Q, i due hanno le stesse proprietà di trazione dello stesso, le due differenze sono lo stato di consegna e le differenze di prestazioni all'impatto, consegna N80-1 per stato normalizzato o quando la temperatura finale di laminazione è maggiore della temperatura critica Ar3 e riduzione della tensione dopo il raffreddamento ad aria e può essere utilizzato per trovare la laminazione a caldo invece che normalizzata, non sono richiesti test di impatto e non distruttivi; N80Q deve essere temperato (bonificato e temperato). Trattamento termico, la funzione di impatto deve essere in linea con le disposizioni dell'API 5CT e deve essere sottoposta a test non distruttivi.
L80 si divide in L80-1, L80-9Cr e L80-13Cr. Le loro proprietà meccaniche e lo stato di consegna sono gli stessi. Differenze nell'uso, difficoltà di produzione e prezzo, L80-1 per il tipo generale, L80-9Cr e L80-13Cr sono tubi ad alta resistenza alla corrosione, difficoltà di produzione, costosi e solitamente utilizzati in pozzi con corrosione pesante.
C90 e T95 sono divisi in 1 e 2 tipi, vale a dire C90-1, C90-2 e T95-1, T95-2.
4. Grado di acciaio comunemente utilizzato per i tubi dell'olio, nome dell'acciaio e stato di consegna
Tubi per olio NU J55 (37Mn5): laminati a caldo anziché normalizzati
Tubazione olio UE J55 (37Mn5): normalizzata a tutta lunghezza dopo il ribaltamento
Tubi per olio N80-1 (36Mn2V) NU: laminati a caldo anziché normalizzati
Tubi olio UE N80-1 (36Mn2V): normalizzati su tutta la lunghezza dopo il ribaltamento
Tubi olio N80-Q (30Mn5): 30Mn5, rinvenimento su tutta la lunghezza
Tubi olio L80-1 (30Mn5): 30Mn5, rinvenimento su tutta la lunghezza
P110 (25CrMnMo) Tubi olio: 25CrMnMo, rinvenimento su tutta la lunghezza
Accoppiamento J55 (37Mn5): Laminato a caldo in linea Normalizzato
Accoppiamento N80 (28MnTiB): rinvenimento su tutta la lunghezza
Accoppiamento L80-1 (28MnTiB): temperato a tutta lunghezza
Accoppiamento P110 (25CrMnMo): Rinvenimento su tutta la lunghezza
III. Tubo dell'involucro
1. Classificazione e ruolo dell'involucro
L'involucro è il tubo d'acciaio che sostiene la parete dei pozzi di petrolio e gas. In ciascun pozzo vengono utilizzati diversi strati di rivestimento a seconda delle diverse profondità di perforazione e condizioni geologiche. Il cemento viene utilizzato per cementare l'involucro dopo che è stato calato nel pozzo e, a differenza del tubo dell'olio e dell'asta di perforazione, non può essere riutilizzato e appartiene ai materiali di consumo usa e getta. Pertanto, il consumo di rivestimenti rappresenta oltre il 70% di tutti i tubi dei pozzi petroliferi. L'involucro può essere suddiviso in involucro del conduttore, involucro intermedio, involucro di produzione e involucro di rivestimento in base al suo utilizzo, e le loro strutture nei pozzi petroliferi sono mostrate nella Figura 1.
①Involucro del conduttore: Generalmente, utilizzando gradi API K55, J55 o H40, il rivestimento del conduttore stabilizza la testa del pozzo e isola le falde acquifere poco profonde con diametri solitamente intorno ai 20 o 16 pollici.
②Involucro intermedio: L'involucro intermedio, spesso realizzato con gradi API K55, N80, L80 o P110, viene utilizzato per isolare formazioni instabili e zone di pressione variabili, con diametri tipici di 13 3/8 pollici, 11 3/4 pollici o 9 5/8 pollici .
③Involucro di produzione: Costruito in acciaio di alta qualità come i gradi API J55, N80, L80, P110 o Q125, l'involucro di produzione è progettato per resistere alle pressioni di produzione, comunemente con diametri di 9 5/8 pollici, 7 pollici o 5 1/2 pollici.
④Involucro della fodera: I rivestimenti estendono il pozzo nel serbatoio, utilizzando materiali come i gradi API L80, N80 o P110, con diametri tipici di 7 pollici, 5 pollici o 4 1/2 pollici.
⑤Tubo: I tubi trasportano gli idrocarburi in superficie, utilizzando i gradi API J55, L80 o P110, ed sono disponibili nei diametri di 4 1/2 pollici, 3 1/2 pollici o 2 7/8 pollici.
IV. Tubo di perforazione
1. Classificazione e funzione dei tubi per utensili di perforazione
L'asta di perforazione quadrata, l'asta di perforazione, l'asta di perforazione zavorrata e il collare di perforazione negli strumenti di perforazione formano l'asta di perforazione. L'asta di perforazione è lo strumento di carotaggio che guida la punta del trapano dal terreno al fondo del pozzo ed è anche un canale dal terreno al fondo del pozzo. Ha tre ruoli principali:
① Per trasmettere la coppia per guidare la punta del trapano per forare;
② Affidarsi al proprio peso sulla punta del trapano per rompere la pressione della roccia sul fondo del pozzo;
③ Per trasportare il fluido di lavaggio, ovvero perforare il fango nel terreno attraverso le pompe del fango ad alta pressione, la colonna di perforazione nel pozzo scorre nel fondo del pozzo per eliminare i detriti rocciosi, raffreddare la punta del trapano e trasportare i detriti rocciosi attraverso la superficie esterna della colonna e la parete del pozzo tra l'anello per ritornare al suolo, per raggiungere lo scopo di perforare il pozzo.
L'asta di perforazione nel processo di perforazione può resistere a una varietà di carichi alternati complessi, come trazione, compressione, torsione, flessione e altre sollecitazioni, la superficie interna è anche soggetta a dilavamento e corrosione del fango ad alta pressione.
(1) Asta di perforazione quadrata: l'asta di perforazione quadrata ha due tipi di tipo quadrilatero e di tipo esagonale, l'asta di perforazione per petrolio cinese, ogni serie di colonne di perforazione utilizza solitamente un'asta di perforazione di tipo quadrilatero. Le sue specifiche sono 63,5 mm (2-1/2 pollici), 88,9 mm (3-1/2 pollici), 107,95 mm (4-1/4 pollici), 133,35 mm (5-1/4 pollici), 152,4 mm ( 6 pollici) e così via. Solitamente, la lunghezza utilizzata è 12~14,5 m.
(2) Tubo di perforazione: L'asta di perforazione è lo strumento principale per perforare i pozzi, collegata all'estremità inferiore dell'asta di perforazione quadrata, e man mano che il pozzo di perforazione continua ad approfondirsi, l'asta di perforazione continua ad allungare la colonna di perforazione uno dopo l'altro. Le specifiche del tubo di perforazione sono: 60,3 mm (2-3/8 pollici), 73,03 mm (2-7/8 pollici), 88,9 mm (3-1/2 pollici), 114,3 mm (4-1/2 pollici) , 127 mm (5 pollici), 139,7 mm (5-1/2 pollici) e così via.
(3) Asta di perforazione per carichi pesanti: Un'asta di perforazione zavorrata è uno strumento di transizione che collega l'asta di perforazione e il collare di perforazione, che può migliorare le condizioni di forza dell'asta di perforazione e aumentare la pressione sulla punta di perforazione. Le specifiche principali dell'asta di perforazione zavorrata sono 88,9 mm (3-1/2 pollici) e 127 mm (5 pollici).
(4) Collare per trapano: il collare di perforazione è collegato alla parte inferiore dell'asta di perforazione, che è uno speciale tubo a pareti spesse con elevata rigidità, che esercita pressione sulla punta del trapano per rompere la roccia e svolge un ruolo guida durante la perforazione di un pozzo diritto. Le specifiche comuni dei collari per trapano sono 158,75 mm (6-1/4 pollici), 177,85 mm (7 pollici), 203,2 mm (8 pollici), 228,6 mm (9 pollici) e così via.
V. Tubo di linea
1. Classificazione dei tubi di linea
Il tubo di linea viene utilizzato nell'industria petrolifera e del gas per la trasmissione di petrolio, petrolio raffinato, gas naturale e condotte idriche con l'abbreviazione di tubo d'acciaio. Il trasporto di oleodotti e gasdotti è suddiviso principalmente in condotte principali, condotte secondarie e condutture della rete di condotte urbane, tre tipi di condutture principali con le solite specifiche per ∅406 ~ 1219 mm, spessore della parete di 10 ~ 25 mm, grado di acciaio X42 ~ X80 ; le condotte di diramazione e le condutture della rete di condotte urbane sono generalmente specifiche per ∅114 ~ 700 mm, spessore della parete di 6 ~ 20 mm, grado di acciaio per X42 ~ X80. Il grado di acciaio è X42~X80. Il tubo di linea è disponibile come tipo saldato e senza saldatura. Il tubo di linea saldato viene utilizzato più del tubo di linea senza saldatura.
2. Standard del tubo di linea
Specifica API 5L – Specifiche per tubi di linea
ISO 3183 – Industrie del petrolio e del gas naturale – Tubi in acciaio per sistemi di trasporto condotte
3. PSL1 e PSL2
PSL è l'abbreviazione di Livello delle specifiche del prodotto. Il livello delle specifiche del prodotto Line Pipe è diviso in PSL 1 e PSL 2, si può anche dire che il livello di qualità è diviso in PSL 1 e PSL 2. PSL 2 è superiore a PSL 1, i 2 livelli di specifica non solo hanno requisiti di test diversi, ma i requisiti relativi alla composizione chimica e alle proprietà meccaniche sono diversi, quindi secondo l'ordine API 5L, i termini del contratto oltre a specificare le specifiche, il grado di acciaio e altri indicatori comuni, devono anche indicare il livello di specifica del prodotto, ovvero PSL 1 o PSL 2. PSL 2 nella composizione chimica, proprietà di trazione, potenza d'impatto, test non distruttivi e altri indicatori sono più severi di PSL 1.
4. Grado di acciaio per tubi, composizione chimica e proprietà meccaniche
Il grado di acciaio per tubi da basso ad alto è suddiviso in: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 e X80. Per la composizione chimica dettagliata e le proprietà meccaniche, fare riferimento alla specifica API 5L, libro 46a edizione.
5. Test idrostatico sui tubi e requisiti di esame non distruttivo
Il tubo di linea deve essere sottoposto a test idraulici ramo per ramo e lo standard non consente la generazione non distruttiva di pressione idraulica, che rappresenta anche una grande differenza tra lo standard API e i nostri standard. PSL 1 non richiede test non distruttivi, PSL 2 dovrebbe essere test non distruttivo ramo per ramo.
VI. Connessioni premium
1. Introduzione delle Connessioni Premium
Premium Connection è un thread pipe con una struttura speciale diversa dal thread API. Sebbene l'attuale involucro dell'olio filettato API sia ampiamente utilizzato nello sfruttamento dei pozzi petroliferi, i suoi difetti sono chiaramente mostrati nell'ambiente speciale di alcuni giacimenti petroliferi: la colonna con tubo filettato tondo API, sebbene le sue prestazioni di tenuta siano migliori, la forza di trazione sopportata dall'involucro filettato la parte è equivalente solo a 60% fino a 80% della resistenza del corpo del tubo e quindi non può essere utilizzata nello sfruttamento di pozzi profondi; la colonna per tubi filettati trapezoidali con polarizzazione API, sebbene le sue prestazioni di trazione siano molto superiori a quelle della connessione filettata rotonda API, le sue prestazioni di tenuta non sono così buone. Sebbene le prestazioni di trazione della colonna siano molto superiori a quelle della connessione con filettatura tonda API, le sue prestazioni di tenuta non sono molto buone, quindi non possono essere utilizzate nello sfruttamento di pozzi di gas ad alta pressione; inoltre, il grasso filettato può svolgere il suo ruolo solo in ambienti con temperatura inferiore a 95 ℃, quindi non può essere utilizzato nello sfruttamento di pozzi ad alta temperatura.
Rispetto alla connessione con filettatura tonda API e con filettatura trapezoidale parziale, la connessione premium ha compiuto progressi rivoluzionari nei seguenti aspetti:
(1) Una buona tenuta, grazie all'elasticità e al design della struttura di tenuta metallica, rende la tenuta del gas del giunto resistente al raggiungimento del limite del corpo del tubo entro la pressione di snervamento;
(2) Elevata resistenza della connessione, collegamento con speciale connessione a fibbia dell'involucro dell'olio, la sua resistenza della connessione raggiunge o supera la resistenza del corpo del tubo, per risolvere fondamentalmente il problema dello slittamento;
(3) Grazie al miglioramento del processo di selezione del materiale e di trattamento della superficie, è stato sostanzialmente risolto il problema della fibbia che si attacca al filo;
(4) Attraverso l'ottimizzazione della struttura, in modo che la distribuzione delle sollecitazioni articolari sia più ragionevole e più favorevole alla resistenza alla tensocorrosione;
(5) Attraverso la struttura della spalla dal design ragionevole, in modo che l'operazione della fibbia sull'operazione sia più facile da eseguire.
Attualmente, l’industria del petrolio e del gas vanta oltre 100 connessioni premium brevettate, che rappresentano progressi significativi nella tecnologia delle tubazioni. Questi design di filettatura specializzati offrono capacità di tenuta superiori, maggiore resistenza della connessione e maggiore resistenza alle sollecitazioni ambientali. Affrontando sfide quali alte pressioni, ambienti corrosivi e temperature estreme, queste innovazioni garantiscono maggiore affidabilità ed efficienza nelle operazioni di pozzi petroliferi in tutto il mondo. La continua ricerca e sviluppo di connessioni premium sottolineano il loro ruolo fondamentale nel supportare pratiche di perforazione più sicure e produttive, riflettendo un impegno costante verso l'eccellenza tecnologica nel settore energetico.
Connessione VAM®: Conosciute per le loro robuste prestazioni in ambienti difficili, le connessioni VAM® sono dotate di tecnologia avanzata di tenuta metallo-metallo e capacità di coppia elevata, garantendo operazioni affidabili in pozzi profondi e serbatoi ad alta pressione.
Serie di cunei TenarisHydril: Questa serie offre una gamma di connessioni come Blue®, Dopeless® e Wedge 521®, note per la loro eccezionale tenuta ai gas e resistenza alle forze di compressione e tensione, migliorando la sicurezza operativa e l'efficienza.
TSH® Blu: Progettate da Tenaris, le connessioni TSH® Blue utilizzano un design brevettato a doppia spalla e un profilo di filettatura ad alte prestazioni, fornendo un'eccellente resistenza alla fatica e facilità di inserimento in applicazioni di perforazione critiche.
Connessione Grant Prideco™ XT®: Progettate da NOV, le connessioni XT® incorporano un'esclusiva tenuta metallo-metallo e una forma di filettatura robusta, garantendo capacità di coppia e resistenza all'usura superiori, prolungando così la vita operativa della connessione.
Connessione da caccia Seal-Lock®: Caratterizzata da una tenuta metallo-metallo e da un profilo filettato unico, la connessione Seal-Lock® di Hunting è rinomata per la sua resistenza alla pressione superiore e affidabilità nelle operazioni di perforazione sia onshore che offshore.
Conclusione
In conclusione, l’intricata rete di tubi cruciale per l’industria del petrolio e del gas comprende un’ampia gamma di apparecchiature specializzate progettate per resistere ad ambienti rigorosi e richieste operative complesse. Dai tubi di rivestimento fondamentali che supportano e proteggono le pareti dei pozzi alle tubazioni versatili utilizzate nei processi di estrazione e iniezione, ogni tipo di tubo ha uno scopo distinto nell'esplorazione, produzione e trasporto di idrocarburi. Standard come le specifiche API garantiscono uniformità e qualità in questi tubi, mentre innovazioni come le connessioni premium migliorano le prestazioni in condizioni difficili. Con l’evolversi della tecnologia, questi componenti critici continuano a progredire, favorendo l’efficienza e l’affidabilità nelle operazioni energetiche globali. La comprensione di questi tubi e delle loro specifiche sottolinea il loro ruolo indispensabile nelle moderne infrastrutture del settore energetico.
