Onderzoek naar de vitale rol van stalen buizen bij olie- en gaswinning
Invoering
Stalen buizen zijn cruciaal in de olie- en gasindustrie en bieden ongeëvenaarde duurzaamheid en betrouwbaarheid onder extreme omstandigheden. Deze buizen zijn essentieel voor exploratie en transport en zijn bestand tegen hoge druk, corrosieve omgevingen en extreme temperaturen. Deze pagina onderzoekt de cruciale functies van stalen buizen in de olie- en gasexploratie en beschrijft hun belang voor boren, infrastructuur en veiligheid. Ontdek hoe het selecteren van geschikte stalen buizen de operationele efficiëntie kan verbeteren en kosten kan verlagen in deze veeleisende industrie.
I. Basiskennis van stalen buizen voor de olie- en gasindustrie
1. Terminologie-uitleg
API: Afkorting van Amerikaanse Petroleum Instituut.
OCTG: Afkorting van Olieland buisvormige goederen, inclusief oliebehuizingspijp, olieslang, boorpijp, boorkraag, boorbeitels, zuigstang, jonggewrichten, enz.
Olieslang: Buizen worden in oliebronnen gebruikt voor winning, gaswinning, waterinjectie en zuurfracturering.
Behuizing: Een buis die vanaf het grondoppervlak in een geboord boorgat wordt neergelaten als voering om instorting van de muur te voorkomen.
Boor pijp: Pijp gebruikt voor het boren van boorgaten.
Lijn pijp: Pijp gebruikt om olie of gas te transporteren.
Koppelingen: Cilinders die worden gebruikt om twee pijpen met schroefdraad en interne schroefdraad met elkaar te verbinden.
Koppelingsmateriaal: Pijp gebruikt voor het vervaardigen van koppelingen.
API-threads: Pijpschroefdraden gespecificeerd volgens de API 5B-norm, inclusief ronde schroefdraden voor olieleidingen, korte ronde schroefdraden voor mantels, lange ronde schroefdraden voor mantels, gedeeltelijk trapeziumvormige schroefdraden voor mantels, pijpschroefdraden, enz.
Premium-verbinding: Niet-API-schroefdraad met unieke afdichtingseigenschappen, verbindingseigenschappen en andere eigenschappen.
Storingen: vervorming, breuk, oppervlakteschade en verlies van oorspronkelijke functie onder specifieke gebruiksomstandigheden.
Primaire vormen van falen: verbrijzeling, wegglijden, scheuren, lekken, corrosie, hechting, slijtage, enz.
2. Aardoliegerelateerde normen
API-specificatie 5B, 17e editie – Specificatie voor het draadsnijden, meten en draadinspectie van de schroefdraad van behuizingen, buizen en leidingleidingen
API-specificatie 5L, 46e editie – Specificatie voor leidingpijp
API-specificatie 5CT, 11e editie – Specificatie voor behuizing en buizen
API-specificatie 5DP, 7e editie – Specificatie voor boorpijp
API-specificatie 7-1, 2e editie – Specificatie voor roterende boorsteelelementen
API-specificatie 7-2, 2e editie – Specificatie voor draadsnijden en meten van roterende schroefdraadverbindingen
API-specificatie 11B, 24e editie – Specificatie voor zuigstangen, gepolijste stangen en voeringen, koppelingen, zinkstaven, gepolijste stangklemmen, pakkingbussen en pomp-T-stukken
ISO3183:2019 – Aardolie- en aardgasindustrieën – Stalen buizen voor transportsystemen voor pijpleidingen
ISO11960:2020 – Aardolie- en aardgasindustrieën – Stalen buizen voor gebruik als behuizing of buizen voor putten
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – Aardolie- en aardgasindustrieën – Materialen voor gebruik in H2S-bevattende omgevingen bij de olie- en gasproductie
II. Olieslang
1. Classificatie van olieslangen
Olieslangen worden onderverdeeld in Non-Upsetted Oil Tubing (NU), External Upsetted Oil Tubing (EU) en Integral Joint (IJ) Oil Tubing. NU-olieslangen betekenen dat het uiteinde van de slang een gemiddelde dikte heeft, direct de draad draait en de koppelingen brengt. Upsetted tubing houdt in dat de uiteinden van beide buizen extern Upsetted zijn, vervolgens geschroefd en gekoppeld. Integral Joint tubing betekent dat één uiteinde van de buis Upset is met externe draden en het andere Upset is met interne draden die direct verbonden zijn zonder koppelingen.
2. Functie van olieslangen
① Winning van olie en gas: nadat de olie- en gasbronnen zijn geboord en gecementeerd, worden de buizen in de oliemantel geplaatst om olie en gas uit de grond te halen.
② Waterinjectie: wanneer de druk in het boorgat onvoldoende is, injecteert u water via de slangen in de put.
③ Stoominjectie: Bij het winnen van dikke olie wordt stoom via geïsoleerde olieleidingen in de put gebracht.
④ Verzuring en breukvorming: In de laatste fase van het boren van putten of om de productie van olie- en gasputten te verbeteren, is het noodzakelijk om verzurings- en breukmiddel of uithardingsmateriaal in de olie- en gaslaag in te voeren, en het middel en het uithardingsmateriaal worden door de olieleidingen getransporteerd.
3. Staalkwaliteit van olieslangen
De staalkwaliteiten van oliebuizen zijn H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 is onderverdeeld in N80-1 en N80Q, de twee hebben dezelfde treksterkte-eigenschappen; de twee verschillen zijn de leveringsstatus en de verschillen in slagvastheid, N80-1 levering in genormaliseerde toestand of wanneer de uiteindelijke walstemperatuur hoger is dan de kritische temperatuur Ar3 en spanningsvermindering na luchtkoeling en kan worden gebruikt om warmwalsen te vinden in plaats van genormaliseerd, slagvastheid en niet-destructief testen zijn niet vereist; N80Q moet worden getemperd (geblust en getemperd) Warmtebehandeling, slagvastheid moet in overeenstemming zijn met de bepalingen van API 5CT en moet niet-destructief testen zijn.
L80 is verdeeld in L80-1, L80-9Cr en L80-13Cr. Hun mechanische eigenschappen en leveringsstatus zijn hetzelfde. Verschillen in gebruik, productiemoeilijkheid en prijs: L80-1 is voor het algemene type, L80-9Cr en L80-13Cr zijn buizen met een hoge corrosiebestendigheid, productiemoeilijkheid en zijn duur en worden meestal gebruikt in putten met zware corrosie.
C90 en T95 zijn onderverdeeld in 1 en 2 typen, namelijk C90-1, C90-2 en T95-1, T95-2.
4. De vaak gebruikte staalsoort, staalnaam en leveringsstatus van de olieslangen
J55 (37Mn5) NU-olieslang: warmgewalst in plaats van genormaliseerd
J55 (37Mn5) EU-olieslang: genormaliseerd over de volledige lengte na verstoring
N80-1 (36Mn2V) NU-olieslang: warmgewalst in plaats van genormaliseerd
N80-1 (36Mn2V) EU-olieslang: volledige lengte genormaliseerd na verstoring
N80-Q (30Mn5) olieslang: 30Mn5, temperering over de volledige lengte
L80-1 (30Mn5) olieslang: 30Mn5, temperering over de volledige lengte
P110 (25CrMnMo) olieslang: 25CrMnMo, temperering over de volledige lengte
J55 (37Mn5) Koppeling: Warmgewalst online Genormaliseerd
N80 (28MnTiB) koppeling: tempereren over de volledige lengte
L80-1 (28MnTiB) Koppeling: gehard over de volledige lengte
P110 (25CrMnMo) koppeling: tempereren over de volledige lengte
III. Behuizing pijp
1. Classificatie en rol van behuizing
De behuizing is de stalen buis die de muur van olie- en gasbronnen ondersteunt. In elke put worden verschillende lagen boorbuis gebruikt, afhankelijk van de verschillende boordieptes en geologische omstandigheden. Cement wordt gebruikt om de behuizing te cementeren nadat deze in de put is neergelaten, en in tegenstelling tot oliepijpen en boorpijpen kan het niet worden hergebruikt en behoort het tot wegwerpbare verbruiksmaterialen. Daarom is het verbruik van behuizingen verantwoordelijk voor meer dan 70 procent van alle oliebronleidingen. De behuizing kan worden verdeeld in geleiderbehuizing, tussenbehuizing, productiebehuizing en voeringbehuizing, afhankelijk van het gebruik ervan, en hun structuren in oliebronnen worden getoond in figuur 1.
①Geleiderbehuizing: Doorgaans wordt gebruik gemaakt van API-kwaliteiten K55, J55 of H40. De geleidermantel stabiliseert de putmond en isoleert ondiepe watervoerende lagen met een diameter die gewoonlijk rond de 20 inch of 16 inch ligt.
②Tussenbehuizing: Tussenbehuizing, vaak gemaakt van API-kwaliteiten K55, N80, L80 of P110, wordt gebruikt om onstabiele formaties en variërende drukzones te isoleren, met typische diameters van 13 3/8 inch, 11 3/4 inch of 9 5/8 inch .
③Productiebehuizing: De productiebehuizing is gemaakt van hoogwaardig staal zoals API-kwaliteiten J55, N80, L80, P110 of Q125 en is ontworpen om productiedruk te weerstaan, gewoonlijk met diameters van 9 5/8 inch, 7 inch of 5 1/2 inch.
④Linerbehuizing: Liners verlengen de boorput in het reservoir met materialen zoals API-klassen L80, N80 of P110, met typische diameters van 7 inch, 5 inch of 4 1/2 inch.
⑤Slangen: Slangen transporteren koolwaterstoffen naar het oppervlak, met behulp van API-kwaliteiten J55, L80 of P110, en zijn verkrijgbaar in diameters van 4 1/2 inch, 3 1/2 inch of 2 7/8 inch.
IV. Boor pijp
1. Classificatie en functie van buizen voor boorgereedschap
De vierkante boorbuis, boorbuis, verzwaarde boorbuis en boorkraag in boorgereedschappen vormen de boorbuis. De boorbuis is het kernboorgereedschap dat de boor van de grond naar de bodem van de put drijft, en het is ook een kanaal van de grond naar de bodem van de put. Het heeft drie hoofdrollen:
① Om koppel over te brengen om de boor aan te drijven om te boren;
② Vertrouwen op zijn gewicht op de boor om de druk van de rots op de bodem van de put te breken;
③ Om wasvloeistof te transporteren, dat wil zeggen door modder door de grond te boren via de hogedrukmodderpompen, boorkolom in de boorgatstroom naar de bodem van de put om het steenafval weg te spoelen en de boor af te koelen, en het steenafval te dragen door het buitenoppervlak van de kolom en de wand van de put tussen de ring om terug te keren naar de grond, om het doel van het boren van de put te bereiken.
De boorbuis wordt gebruikt in het boorproces om een verscheidenheid aan complexe wisselende belastingen te weerstaan, zoals trek-, druk-, torsie-, buig- en andere spanningen. Het binnenoppervlak is ook onderhevig aan hogedruk modderschuring en corrosie.
(1) Vierkante boorpijp: Vierkante boorpijpen zijn er in twee typen: vierhoekig en zeshoekig. In de Chinese petroleumboorpijp gebruikt elke set boorkolommen meestal een vierhoekige boorpijp. De specificaties zijn 63,5 mm (2-1/2 inch), 88,9 mm (3-1/2 inch), 107,95 mm (4-1/4 inch), 133,35 mm (5-1/4 inch), 152,4 mm (6 inch), enzovoort. De gebruikte lengte is meestal 1214,5 m.
(2) Boorpijp: De boorstang is het primaire gereedschap voor het boren van putten, verbonden met het onderste uiteinde van de vierkante boorstang, en naarmate de boorput dieper wordt, blijft de boorstang de boorkolom één voor één verlengen. De specificaties van de boorstang zijn: 60,3 mm (2-3/8 inch), 73,03 mm (2-7/8 inch), 88,9 mm (3-1/2 inch), 114,3 mm (4-1/2 inch), 127 mm (5 inch), 139,7 mm (5-1/2 inch) enzovoort.
(3) Zware boorpijp: Een verzwaarde boorpijp is een overgangsgereedschap dat de boorpijp en de boorkraag verbindt, waardoor de krachttoestand van de boorpijp kan worden verbeterd en de druk op de boor kan worden verhoogd. De belangrijkste specificaties van de verzwaarde boorpijp zijn 88,9 mm (3-1/2 inch) en 127 mm (5 inch).
(4) Boorkraag: De boorkraag is verbonden met het onderste deel van de boorbuis, wat een speciale dikwandige buis is met een hoge stijfheid. Het oefent druk uit op de boor om de rots te breken en speelt een leidende rol bij het boren van een rechte put. De algemene specificaties van boorkragen zijn 158,75 mm (6-1/4 inch), 177,85 mm (7 inch), 203,2 mm (8 inch), 228,6 mm (9 inch), enzovoort.
V. Lijnpijp
1. Classificatie van leidingpijpen
De lijnpijp wordt gebruikt in de olie- en gasindustrie om olie, geraffineerde olie, aardgas en waterleidingen te transporteren met de afkorting van stalen pijp. Het transporteren van olie- en gasleidingen is onderverdeeld in hoofd-, zij- en stedelijke pijpleidingnetwerkleidingen. Drie soorten hoofdleidingtransmissie hebben de gebruikelijke specificaties van ∅406 ~ 1219 mm, een wanddikte van 10 ~ 25 mm, staalsoort X42 ~ X80; zijleidingpijpleidingen en stedelijke pijpleidingnetwerkleidingen hebben meestal specificaties voor ∅114 ~ 700 mm, de wanddikte van 6 ~ 20 mm, de staalsoort voor de X42 ~ X80. De staalsoort is X42 ～ X80. Lijnpijp is verkrijgbaar in gelaste en naadloze typen. Gelaste lijnpijp wordt meer gebruikt dan naadloze lijnpijp.
2. Standaard van lijnpijp
API Spec 5L – Specificatie voor lijnpijp
ISO 3183 – Petroleum- en aardgasindustrie – Stalen buizen voor transportsystemen voor pijpleidingen
3. PSL1 en PSL2
PSL is de afkorting voor productspecificatieniveau. Het specificatieniveau van het product van de leidingpijp is verdeeld in PSL 1 en PSL 2, en het kwaliteitsniveau is verdeeld in PSL 1 en PSL 2. PSL 2 is hoger dan PSL 1; de twee specificatieniveaus hebben niet alleen verschillende testvereisten, maar de chemische samenstelling en mechanische eigenschappen zijn verschillend, dus volgens de API 5L-order moeten de voorwaarden van het contract, naast het specificeren van de specificaties, staalsoort en andere algemene indicatoren, ook het productspecificatieniveau aangeven, dat wil zeggen PSL 1 of PSL 2. PSL 2 in de chemische samenstelling, treksterkte, slagkracht, niet-destructief testen en andere indicatoren zijn strenger dan PSL 1.
4. Lijnpijp Staalkwaliteit, chemische samenstelling en mechanische eigenschappen
Staalsoorten voor leidingbuizen van laag naar hoog worden onderverdeeld in A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 en X80. Voor gedetailleerde chemische samenstelling en mechanische eigenschappen, raadpleeg de API 5L-specificatie, 46e editie.
5. Hydrostatische test en niet-destructieve onderzoeksvereisten voor leidingpijpen
De leiding moet tak voor tak worden getest met een hydraulische test, en de norm staat geen niet-destructieve generatie van hydraulische druk toe, wat ook een groot verschil is tussen de API-norm en onze normen. PSL 1 vereist geen niet-destructieve tests; PSL 2 moet tak voor tak niet-destructief testen.
VI. Premium-verbindingen
1. Introductie van Premium-verbindingen
Premium Connection is een pijpdraad met een unieke structuur die verschilt van de API-draad. Hoewel de bestaande API-schroefdraadoliemantel veel wordt gebruikt bij de exploitatie van olieputten, worden de tekortkomingen ervan duidelijk getoond in de unieke omgeving van sommige olievelden: de API ronde schroefdraadpijpkolom, hoewel de afdichtingsprestaties beter zijn, is de trekkracht die door het schroefdraaddeel wordt gedragen slechts gelijk aan 60% tot 80% van de sterkte van het pijplichaam, en kan daarom niet worden gebruikt bij de exploitatie van diepe putten; de API voorgespannen trapeziumvormige schroefdraadpijpkolom, hoewel de trekkracht veel hoger is dan die van de API ronde schroefdraadverbinding, is de afdichtingsprestatie niet zo goed. Hoewel de trekkracht van de kolom veel hoger is dan die van de API ronde schroefdraadverbinding, is de afdichtingsprestatie niet erg goed, dus kan deze niet worden gebruikt bij de exploitatie van hogedrukgasputten; Bovendien kan het schroefdraadvet alleen zijn rol spelen in een omgeving met een temperatuur lager dan 95℃ en kan het daarom niet worden gebruikt bij de exploitatie van hogetemperatuurputten.
Vergeleken met de API-ronde draad en de gedeeltelijke trapeziumdraadverbinding heeft de premiumverbinding baanbrekende vooruitgang geboekt op de volgende aspecten:
(1) Goede afdichting, door de elasticiteit en het ontwerp van de metalen afdichtingsstructuur, maakt de gasafdichting van de verbinding bestand tegen het bereiken van de limiet van het buislichaam binnen de vloeidruk;
(2) Hoge sterkte van de verbinding, verbonden met een speciale gespverbinding van het olieomhulsel, de verbindingssterkte bereikt of overtreft de sterkte van het buislichaam, om het probleem van slippen fundamenteel op te lossen;
(3) Door de materiaalselectie en de verbetering van het oppervlaktebehandelingsproces werd in principe het probleem van het vastzitten van de draad opgelost;
(4) Door de optimalisatie van de constructie, zodat de gezamenlijke spanningsverdeling redelijker is en bevorderlijker voor de weerstand tegen spanningscorrosie;
(5) Door de schouderstructuur van het redelijke ontwerp, zodat de bediening van de gesp op de bediening beter toegankelijk is.
De olie- en gasindustrie kan bogen op meer dan 100 gepatenteerde premiumverbindingen, die een aanzienlijke vooruitgang in pijptechnologie vertegenwoordigen. Deze gespecialiseerde draadontwerpen bieden superieure afdichtingsmogelijkheden, verhoogde verbindingssterkte en verbeterde weerstand tegen omgevingsstress. Door uitdagingen zoals hoge druk, corrosieve omgevingen en extreme temperaturen aan te pakken, zorgen deze innovaties voor uitstekende betrouwbaarheid en efficiëntie in olie-gezonde operaties wereldwijd. Continue research en ontwikkeling in premiumverbindingen benadrukken hun cruciale rol in het ondersteunen van veiligere en productievere boorpraktijken, wat een voortdurende toewijding aan technologische excellentie in de energiesector weerspiegelt.
VAM®-verbinding: VAM®-verbindingen staan bekend om hun robuuste prestaties in uitdagende omgevingen en zijn voorzien van geavanceerde metaal-op-metaal afdichtingstechnologie en hoge koppelmogelijkheden, waardoor betrouwbare werking in diepe putten en hogedrukreservoirs wordt gegarandeerd.
TenarisHydril Wedge-serie: Deze serie biedt een reeks verbindingen zoals Blue®, Dopeless® en Wedge 521®, bekend om hun uitzonderlijke gasdichte afdichting en weerstand tegen compressie- en trekkrachten, waardoor de operationele veiligheid en efficiëntie worden verbeterd.
TSH® Blauw: TSH® Blue-verbindingen zijn ontworpen door Tenaris en maken gebruik van een gepatenteerd ontwerp met dubbele schouder en een hoogwaardig draadprofiel, dat uitstekende weerstand tegen vermoeidheid en gemakkelijke montage biedt bij kritische boortoepassingen.
Grant Prideco™ XT®-verbinding: De door NOV ontwikkelde XT®-verbindingen zijn voorzien van een unieke metaal-op-metaalafdichting en een robuuste schroefdraadvorm. Hierdoor is er sprake van een superieure koppelcapaciteit en weerstand tegen vreten, waardoor de levensduur van de verbinding wordt verlengd.
Jacht Seal-Lock®-verbinding: Met een metaal-op-metaal afdichting en een uniek draadprofiel staat de Seal-Lock®-verbinding van Hunting bekend om zijn superieure drukweerstand en betrouwbaarheid bij zowel onshore als offshore booroperaties.
Conclusie
Concluderend omvat het ingewikkelde netwerk van stalen buizen dat cruciaal is voor de olie- en gasindustrie een breed scala aan gespecialiseerde apparatuur die is ontworpen om zware omstandigheden en complexe operationele eisen te weerstaan. Van de fundamentele omhulselbuizen die gezonde wanden ondersteunen en beschermen tot de veelzijdige buizen die worden gebruikt in extractie- en injectieprocessen, elk type buis dient een specifiek doel bij het verkennen, produceren en transporteren van koolwaterstoffen. Standaarden zoals API-specificaties zorgen voor uniformiteit en kwaliteit in deze buizen, terwijl innovaties zoals premiumverbindingen de prestaties verbeteren in uitdagende omstandigheden. Naarmate de technologie evolueert, evolueren deze kritieke componenten, wat de efficiëntie en betrouwbaarheid van wereldwijde energieactiviteiten bevordert. Inzicht in deze buizen en hun specificaties onderstreept hun onmisbare rol in de infrastructuur van de moderne energiesector.
