Towary rurowe z krajów naftowych (OCTG)

Towary rurowe z krajów naftowych (OCTG) to rodzina bezszwowych wyrobów walcowanych składających się z rur wiertniczych, osłon i rurek poddawanych warunkom obciążenia zgodnie z ich konkretnym zastosowaniem. (patrz rysunek 1 przedstawiający schemat studni głębinowej):

The Rura wiertnicza to ciężka, bezszwowa rura, która obraca wiertło i zapewnia cyrkulację płynu wiertniczego. Segmenty rur o długości 9 m są łączone za pomocą złączy narzędziowych. Rura wiertnicza poddawana jest jednocześnie działaniu wysokiego momentu obrotowego podczas wiercenia, naprężenia osiowego ze względu na ciężar własny i ciśnienia wewnętrznego w wyniku usuwania płuczki wiertniczej. Dodatkowo na te podstawowe wzorce obciążenia mogą nakładać się zmienne obciążenia zginające spowodowane wierceniem niepionowym lub odkształconym.
Rura osłonowa wyznacza otwór wiertniczy. Podlega naprężeniom osiowym ze względu na ciężar własny, ciśnieniu wewnętrznemu w wyniku przedmuchu płynu i ciśnieniu zewnętrznemu ze strony otaczających formacji skalnych. Obudowa jest szczególnie narażona na rozciąganie osiowe i ciśnienie wewnętrzne ze strony pompowanej emulsji olejowej lub gazowej.
Rura to rura, przez którą transportowana jest ropa lub gaz z odwiertu. Segmenty rur mają zazwyczaj długość około 9 m i są wyposażone w gwintowane połączenia na każdym końcu.

Odporność na korozję w kwaśnych warunkach pracy jest bardzo ważną cechą OCTG, szczególnie w przypadku osłon i rur.

Typowe procesy produkcyjne OCTG obejmują (wszystkie zakresy wymiarowe są przybliżone)

Ciągły proces walcowania na trzpieniu i proces pchania dla rozmiarów od 21 do 178 mm OD.
Walcowanie walcownicze dla rozmiarów od 140 do 406 mm OD.
Piercing poprzeczny i rolkowy dla rozmiarów od 250 do 660 mm OD.
Procesy te zazwyczaj nie pozwalają na obróbkę termomechaniczną typową dla wyrobów z taśm i płyt stosowanych do spawanych rur. Dlatego rury bez szwu o wysokiej wytrzymałości należy wytwarzać poprzez zwiększenie zawartości stopu w połączeniu z odpowiednią obróbką cieplną, taką jak hartowanie i odpuszczanie.

Rysunek 1. Schemat wykonania głębokiego odwiertu

Spełnienie podstawowego wymagania w pełni martenzytycznej mikrostruktury nawet przy dużej grubości ścianki rury wymaga dobrej hartowności. Cr i Mn to główne pierwiastki stopowe stosowane w celu uzyskania dobrej hartowności konwencjonalnej stali do ulepszania cieplnego. Jednakże wymóg dobrej odporności na pękanie naprężeniowe siarczkowe (SSC) ogranicza ich zastosowanie. Mn ma tendencję do segregacji podczas ciągłego odlewania i może tworzyć duże wtrącenia MnS, które zmniejszają odporność na pękanie wywołane wodorem (HIC). Wyższe poziomy Cr mogą prowadzić do tworzenia się wydzieleń Cr7C3 o gruboziarnistej morfologii w kształcie płytki, które działają jako kolektory wodoru i inicjatory pęknięć. Dodawanie stopu z molibdenem może przezwyciężyć ograniczenia tworzenia stopów Mn i Cr. Mo jest znacznie silniejszym utwardzaczem niż Mn i Cr, dzięki czemu z łatwością może odzyskać efekt zmniejszonej ilości tych pierwiastków.

Tradycyjnie gatunkami OCTG były stale węglowo-manganowe (do poziomu wytrzymałości 55-ksi) lub gatunki zawierające Mo do 0,4% Mo. W ostatnich latach wiercenia głębokich studni i zbiorniki zawierające zanieczyszczenia powodujące ataki korozyjne stworzyły duży popyt do materiałów o wyższej wytrzymałości, odpornych na kruchość wodorową i SCC. Wysoce odpuszczony martenzyt jest strukturą najbardziej odporną na SSC przy wyższych poziomach wytrzymałości, a 0,75% to stężenie Mo, które zapewnia optymalną kombinację granicy plastyczności i odporności na SSC.