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Introduzione

I tubi in acciaio sono essenziali nel settore petrolifero e del gas, offrendo una durevolezza e un'affidabilità senza pari in condizioni estreme. Essenziali per l'esplorazione e il trasporto, questi tubi resistono ad alte pressioni, ambienti corrosivi e temperature rigide. Questa pagina esplora le funzioni essenziali dei tubi in acciaio nell'esplorazione petrolifera e del gas, descrivendo in dettaglio la loro importanza nella perforazione, nelle infrastrutture e nella sicurezza. Scopri come la scelta di tubi in acciaio adatti può migliorare l'efficienza operativa e ridurre i costi in questo settore esigente.

I. Conoscenze di base sui tubi in acciaio per l'industria petrolifera 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, l'estrazione del gas, l'iniezione di acqua e la fratturazione acida.
Involucro: Tubi calati dalla superficie del terreno in un foro di trivellazione come rivestimento per impedire il crollo 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 per tubi specificate dalla norma API 5B, tra cui filettature tonde per tubi di petrolio, filettature tonde corte per tubi di rivestimento, filettature tonde lunghe per tubi di rivestimento, filettature trapezoidali parziali per tubi di rivestimento, filettature per tubi di linea, ecc.
Connessione Premium: Filettature non API con proprietà di tenuta, proprietà di collegamento e altre proprietà esclusive.
Fallimenti: deformazione, frattura, danno superficiale e perdita della funzione originale in condizioni di servizio specifiche.
Forme primarie di fallimento: schiacciamento, scivolamento, rottura, perdita, corrosione, incollaggio, usura, ecc.

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 divisi in tubi dell'olio non rovesciati (NU), tubi dell'olio rovesciati esterni (EU) e tubi dell'olio con giunto integrale (IJ). I tubi dell'olio NU significano che l'estremità del tubo ha uno spessore medio, gira direttamente la filettatura e porta gli accoppiamenti. I tubi rovesciati implicano che le estremità di entrambi i tubi sono rovesciate esternamente, quindi filettate e accoppiate. I tubi con giunto integrale significano che un'estremità del tubo è rovesciata con filettature esterne e l'altra è rovesciata con filettature interne collegate direttamente senza accoppiamenti.

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 a caldo di olio denso, il vapore viene immesso nel pozzo tramite tubi di olio isolati.
④ Acidificazione e fratturazione: nella fase avanzata della perforazione del pozzo o per migliorare la produzione di pozzi di petrolio e gas, è necessario immettere un mezzo di acidificazione e fratturazione o un materiale di indurimento nello strato di petrolio e gas, e il mezzo e il materiale di indurimento vengono trasportati attraverso la tubazione del petrolio.

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 suddiviso in N80-1 e N80Q, i due hanno le stesse proprietà di trazione; le due differenze sono lo stato di consegna e le differenze di prestazioni di impatto, consegna N80-1 per stato normalizzato o quando la temperatura di laminazione finale è maggiore della temperatura critica Ar3 e riduzione della tensione dopo il raffreddamento ad aria e può essere utilizzata per trovare la laminazione a caldo invece di normalizzata, non sono richiesti test di impatto e non distruttivi; N80Q deve essere temprato (temprato e rinvenuto). Il trattamento termico, la funzione di impatto devono essere in linea con le disposizioni dell'API 5CT e devono essere sottoposti a test non distruttivi.
L80 è diviso 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 è per il tipo generale, L80-9Cr e L80-13Cr sono tubi ad alta resistenza alla corrosione, difficoltà di produzione e sono 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 quali 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

Il tubo di perforazione quadrato, il tubo di perforazione, il tubo di perforazione zavorrato e il collare di perforazione negli utensili di perforazione formano il tubo di perforazione. Il tubo di perforazione è l'utensile di perforazione del nucleo che guida la punta di perforazione 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.

Il tubo di perforazione viene utilizzato nel processo di perforazione per resistere a una varietà di carichi alternati complessi, come trazione, compressione, torsione, flessione e altri stress. La superficie interna è anche soggetta a corrosione e abrasione da fango ad alta pressione.
(1) Asta di perforazione quadrata: Le aste di perforazione quadrate sono di due tipi: quadrilatere ed esagonali. Nelle aste di perforazione petrolifera cinesi, ogni set 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. La lunghezza utilizzata è solitamente 1214,5 m.
(2) Tubo di perforazione: Il tubo di perforazione è lo strumento principale per la perforazione dei pozzi, collegato all'estremità inferiore del tubo di perforazione quadrato e, man mano che il pozzo di perforazione continua ad approfondirsi, il tubo di perforazione continua ad allungare la colonna di perforazione una dopo l'altra. 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 del tubo di perforazione, che è uno speciale tubo a parete spessa con elevata rigidità. Esercita pressione sulla punta di perforazione per rompere la roccia e svolge un ruolo di guida durante la perforazione di un pozzo dritto. Le specifiche comuni dei collari di perforazione 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

I tubi di linea sono utilizzati nell'industria petrolifera e del gas per trasmettere petrolio, petrolio raffinato, gas naturale e condotte idriche con l'abbreviazione di tubo d'acciaio. Il trasporto di condotte di petrolio e gas è suddiviso in condotte di rete di condotte principali, di diramazione e urbane. Tre tipi di condotte di trasmissione principali hanno le specifiche usuali di ∅406 ~ 1219 mm, uno spessore della parete di 10 ~ 25 mm, grado di acciaio X42 ~ X80; le condotte di diramazione e le condotte di rete urbane hanno solitamente specifiche per ∅114 ~ 700 mm, lo spessore della parete di 6 ~ 20 mm, il grado di acciaio per X42 ~ X80. Il grado di acciaio è X42～X80. I tubi di linea sono disponibili nei tipi saldati e senza saldatura. I tubi di linea saldati sono utilizzati più dei tubi 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 di specifica del prodotto. Il livello di specifica del prodotto del tubo di linea è diviso in PSL 1 e PSL 2 e il livello di qualità è diviso in PSL 1 e PSL 2. PSL 2 è superiore a PSL 1; i due livelli di specifica non solo hanno requisiti di prova diversi, ma anche i requisiti di composizione chimica e 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, ma 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, prove non distruttive e altri indicatori sono più rigorosi di PSL 1.

4. Grado di acciaio per tubi, composizione chimica e proprietà meccaniche

I gradi di acciaio per tubi di linea da basso ad alto sono divisi in A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 e X80. Per una composizione chimica e proprietà meccaniche dettagliate, fare riferimento alla specifica API 5L, 46a edizione del libro.

5. Test idrostatico sui tubi e requisiti di esame non distruttivo

La condotta di linea dovrebbe essere sottoposta a test idraulico ramo per ramo e lo standard non consente la generazione non distruttiva di pressione idraulica, il 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 un test non distruttivo ramo per ramo.

VI. Connessioni premium

1. Introduzione delle Connessioni Premium

Premium Connection è una filettatura per tubi con una struttura unica che è diversa dalla filettatura API. Sebbene l'attuale rivestimento per olio filettato API sia ampiamente utilizzato nello sfruttamento dei pozzi petroliferi, le sue carenze sono chiaramente mostrate nell'ambiente unico di alcuni giacimenti petroliferi: la colonna per tubi filettati rotondi API, sebbene le sue prestazioni di tenuta siano migliori, la forza di trazione sopportata dalla parte filettata è solo equivalente a 60% 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 polarizzati API, sebbene le sue prestazioni di trazione siano molto più elevate di quelle della connessione filettata rotonda API, le sue prestazioni di tenuta non sono così buone. Sebbene le prestazioni di trazione della colonna siano molto più elevate di quelle della connessione filettata rotonda API, le sue prestazioni di tenuta non sono molto buone, quindi non può essere utilizzata nello sfruttamento di pozzi di gas ad alta pressione; Inoltre, il grasso filettato può svolgere la sua funzione solo in ambienti con temperature inferiori 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 del design ragionevole, in modo che il funzionamento della fibbia sull'operazione sia più accessibile.

L'industria petrolifera 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 come alte pressioni, ambienti corrosivi e temperature estreme, queste innovazioni garantiscono un'eccellente affidabilità ed efficienza nelle operazioni petrolifere in tutto il mondo. La continua ricerca e sviluppo nelle connessioni premium sottolinea il loro ruolo fondamentale nel supportare pratiche di perforazione più sicure e produttive, riflettendo un impegno continuo per 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 su metallo e una filettatura robusta, garantendo una capacità di coppia superiore e una resistenza all'usura, prolungando così la vita utile 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 in acciaio cruciale per l'industria petrolifera e del gas comprende un'ampia gamma di attrezzature specializzate progettate per resistere ad ambienti rigorosi e complesse esigenze operative. Dai tubi di rivestimento di fondazione che supportano e proteggono pareti sane ai tubi versatili utilizzati 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 i collegamenti premium migliorano le prestazioni in condizioni difficili. Con l'evoluzione della tecnologia, questi componenti critici avanzano, guidando l'efficienza e l'affidabilità nelle operazioni energetiche globali. La comprensione di questi tubi e delle loro specifiche sottolinea il loro ruolo indispensabile nell'infrastruttura del moderno settore energetico.