Badanie kluczowej roli rur stalowych w poszukiwaniach ropy i gazu
Wstęp
Rury stalowe są kluczowe w przemyśle naftowym i gazowym, oferując niezrównaną trwałość i niezawodność w ekstremalnych warunkach. Niezbędne do eksploracji i transportu, te rury wytrzymują wysokie ciśnienie, środowiska korozyjne i trudne temperatury. Ta strona bada krytyczne funkcje rur stalowych w eksploracji ropy naftowej i gazu, szczegółowo opisując ich znaczenie w wierceniu, infrastrukturze i bezpieczeństwie. Dowiedz się, w jaki sposób wybór odpowiednich rur stalowych może zwiększyć wydajność operacyjną i obniżyć koszty w tej wymagającej branży.
I. Podstawowa wiedza o rurach stalowych dla przemysłu naftowego i gazowego
1. Wyjaśnienie terminologii
API: Skrót od Amerykański Instytut Paliw.
OKTG: Skrót od Towary rurowe z krajów naftowych, w tym rura osłonowa oleju, rura olejowa, rura wiertnicza, kołnierz wiertniczy, wiertła, pręt ssący, złącza Pup itp.
Węże olejowe: Rury stosuje się w odwiertach naftowych do wydobycia ropy naftowej, wydobywania gazu, wtryskiwania wody i szczelinowania kwasem.
Obudowa: Rura opuszczana z powierzchni ziemi do wywierconego otworu wiertniczego, pełniąca funkcję wykładziny zapobiegającej zawaleniu się ściany.
Rura wiertnicza: Rura używana do wiercenia otworów wiertniczych.
Rura przewodowa: Rura używana do transportu ropy lub gazu.
Złącza: Cylindry służące do łączenia dwóch rur gwintowanych z gwintem wewnętrznym.
Materiał złącza: Rura używana do produkcji złączek.
Wątki API: Gwinty rurowe określone w normie API 5B, w tym gwinty okrągłe rur naftowych, krótkie gwinty okrągłe obudowy, długie gwinty okrągłe obudowy, częściowe gwinty trapezowe obudowy, gwinty rur przewodowych itp.
Połączenie premium: Gwinty inne niż API, o wyjątkowych właściwościach uszczelniających, właściwościach połączeniowych i innych właściwościach.
Awarie: deformację, pęknięcie, uszkodzenie powierzchni i utratę pierwotnej funkcji w określonych warunkach użytkowania.
Podstawowe formy awarii: zgniecenie, poślizg, pęknięcie, przeciek, korozja, sklejenie, zużycie itp.
2. Normy związane z ropą naftową
Specyfikacja API 5B, wydanie 17 – Specyfikacja gwintowania, sprawdzania i kontroli gwintów osłon, rurek i rur przewodowych
Specyfikacja API 5L, wydanie 46 – Specyfikacja rury przewodowej
Specyfikacja API 5CT, wydanie 11 – Specyfikacja obudowy i rurek
Specyfikacja API 5DP, wydanie 7 – Specyfikacja rury wiertniczej
Specyfikacja API 7-1, wydanie 2 – Specyfikacja elementów trzonu wiertła obrotowego
Specyfikacja API 7-2, wydanie 2 – Specyfikacja gwintowania i sprawdzania połączeń gwintowych z kołnierzem obrotowym
Specyfikacja API 11B, wydanie 24 – Specyfikacja prętów ssących, polerowanych prętów i wykładzin, złączy, prętów ciężarkowych, polerowanych zacisków prętów, dławnic i trójników pompujących
ISO 3183:2019 – Przemysł naftowy i gazowniczy – Rury stalowe do rurociągowych systemów transportowych
ISO 11960:2020 – Przemysł naftowy i gazowniczy – Rury stalowe do użytku jako osłony lub przewody rurowe do studni
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – Przemysł naftowy i gazowy – Materiały do stosowania w środowiskach zawierających H2S w produkcji ropy i gazu
II. Wąż olejowy
1. Klasyfikacja przewodów olejowych
Rury olejowe dzielą się na rury olejowe bez spęczania (NU), rury olejowe zewnętrznie spęczane (EU) i rury olejowe ze zintegrowanym łączeniem (IJ). Rury olejowe NU oznaczają, że koniec rury ma średnią grubość, bezpośrednio obraca gwint i łączy złączki. Rury ze spęczaniem oznaczają, że końce obu rur są zewnętrznie spęczane, a następnie gwintowane i łączone. Rury ze zintegrowanym łączeniem oznaczają, że jeden koniec rury jest spęczany z gwintami zewnętrznymi, a drugi jest spęczany z gwintami wewnętrznymi połączonymi bezpośrednio bez złączek.
2. Funkcja przewodu olejowego
① Wydobycie ropy i gazu: po wywierceniu i zacementowaniu odwiertów naftowych i gazowych, rurę umieszcza się w obudowie naftowej w celu wydobycia ropy i gazu na ziemię.
② Wtrysk wody: gdy ciśnienie w odwiercie jest niewystarczające, wstrzyknij wodę do studni przez rurkę.
③ Wtrysk pary: W przypadku wydobycia gorącej, gęstej ropy, para jest wprowadzana do odwiertu za pomocą izolowanych rur olejowych.
④ Zakwaszanie i szczelinowanie: Na późnym etapie wiercenia otworów lub w celu zwiększenia wydobycia ropy naftowej i gazu konieczne jest wprowadzenie środka zakwaszającego i szczelinującego lub materiału utwardzającego do warstwy ropy naftowej i gazu, a następnie środek ten i materiał utwardzający są transportowane przez rurę naftową.
3. Gatunek stali rur olejowych
Gatunki stali rur olejowych to H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 dzieli się na N80-1 i N80Q, oba mają takie same właściwości rozciągania; dwiema różnicami są stan dostawy i różnice w odporności na uderzenia, N80-1 dostawa w stanie znormalizowanym lub gdy końcowa temperatura walcowania jest wyższa od temperatury krytycznej Ar3 i redukcja naprężenia po schłodzeniu na powietrzu i może być wykorzystana do znalezienia walcowania na gorąco zamiast znormalizowanego, nie są wymagane badania udarności i nieniszczące; N80Q musi być odpuszczony (hartowany i odpuszczany) Obróbka cieplna, funkcja udarności powinna być zgodna z postanowieniami API 5CT i powinna być poddana badaniom nieniszczącym.
L80 dzieli się na L80-1, L80-9Cr i L80-13Cr. Ich właściwości mechaniczne i status dostawy są takie same. Różnice w zastosowaniu, trudności produkcyjne i cenie: L80-1 jest dla typu ogólnego, L80-9Cr i L80-13Cr to rury o wysokiej odporności na korozję, trudności produkcyjne, są drogie i zwykle stosowane w studniach silnie korozyjnych.
C90 i T95 dzielą się na 1 i 2 typy, a mianowicie C90-1, C90-2 i T95-1, T95-2.
4. Powszechnie używany gatunek stali, nazwa stali i status dostawy
Węże olejowe J55 (37Mn5) NU: walcowane na gorąco zamiast normalizowanego
J55 (37Mn5) Wąż olejowy UE: Pełnej długości Znormalizowany po spęczeniu
N80-1 (36Mn2V) Węże olejowe NU: walcowane na gorąco zamiast normalizowanego
N80-1 (36Mn2V) Węże olejowe UE: Pełnej długości Znormalizowane po spęczeniu
Wąż olejowy N80-Q (30Mn5): 30Mn5, hartowany na całej długości
Wąż olejowy L80-1 (30Mn5): 30Mn5, hartowany na całej długości
Węże olejowe P110 (25CrMnMo): 25CrMnMo, odpuszczane na całej długości
Złącze J55 (37Mn5): walcowane na gorąco, normalizowane na linii
Sprzęgło N80 (28MnTiB): Hartowane na całej długości
Sprzęgło L80-1 (28MnTiB): hartowane na całej długości
Sprzęgło P110 (25CrMnMo): Hartowane na całej długości
III. Rura osłonowa
1. Klasyfikacja i rola osłonki
Obudowa to stalowa rura podtrzymująca ścianę szybów naftowych i gazowych. W każdym odwiercie stosuje się kilka warstw obudowy, w zależności od głębokości wiercenia i warunków geologicznych. Cement służy do cementowania obudowy po jej opuszczeniu do odwiertu i w przeciwieństwie do rur naftowych i rur wiertniczych nie nadaje się do ponownego wykorzystania i należy do materiałów jednorazowego użytku. Dlatego zużycie osłon stanowi ponad 70 procent wszystkich rur do odwiertów naftowych. Obudowę można podzielić na obudowę przewodnika, obudowę pośrednią, obudowę produkcyjną i obudowę wykładzinową w zależności od jej przeznaczenia, a ich budowę w szybach naftowych pokazano na rysunku 1.
①Obudowa przewodu: Obudowa przewodnika, zwykle wykorzystująca gatunki API K55, J55 lub H40, stabilizuje głowicę odwiertu i izoluje płytkie warstwy wodonośne o średnicach zwykle około 20 cali lub 16 cali.
②Obudowa pośrednia: Osłona pośrednia, często wykonana z gatunków API K55, N80, L80 lub P110, służy do izolowania niestabilnych formacji i stref o zmiennym ciśnieniu, o typowych średnicach 13 3/8 cala, 11 3/4 cala lub 9 5/8 cala .
③Obudowa produkcyjna: Obudowa produkcyjna, wykonana ze stali wysokiej jakości, takiej jak gatunki API J55, N80, L80, P110 lub Q125, została zaprojektowana tak, aby wytrzymać ciśnienia produkcyjne, zwykle o średnicach 9 5/8 cala, 7 cali lub 5 1/2 cala.
④Obudowa wkładki: Rury wykładane są materiałami o klasie API L80, N80 lub P110, które przedłużają otwór wiertniczy do złoża, a ich typowe średnice wynoszą 7, 5 lub 4 1/2 cala.
⑤Rury: Rury transportują węglowodory na powierzchnię przy użyciu klas API J55, L80 lub P110 i są dostępne w średnicach 4 1/2 cala, 3 1/2 cala lub 2 7/8 cala.
IV. Rura wiertnicza
1. Klasyfikacja i funkcja rur do narzędzi wiertniczych
Rura wiertnicza kwadratowa, rura wiertnicza, obciążona rura wiertnicza i kołnierz wiertniczy w narzędziach wiertniczych tworzą rurę wiertniczą. Rura wiertnicza jest rdzeniowym narzędziem wiertniczym, które napędza wiertło z ziemi do dna odwiertu, a także jest kanałem od ziemi do dna odwiertu. Ma trzy główne role:
① Aby przenieść moment obrotowy w celu napędzania wiertła do wiercenia;
② Poleganie na ciężarze wiertła w celu przełamania nacisku skały na dnie odwiertu;
③ Do transportu płynu płuczącego, czyli płuczki wiertniczej przez ziemię za pomocą wysokociśnieniowych pomp płuczkowych, kolumna wiertnicza do odwiertu wpływa na dno studni w celu wypłukania gruzu skalnego i ochłodzenia wiertła oraz przeniesienia gruzu skalnego przez zewnętrzną powierzchnię kolumny i ścianę studni między pierścieniem, aby powrócić do ziemi, aby osiągnąć cel wiercenia studni.
Rura wiertnicza jest używana w procesie wiercenia, aby wytrzymać różnorodne złożone obciążenia przemienne, takie jak rozciąganie, ściskanie, skręcanie, zginanie i inne naprężenia. Powierzchnia wewnętrzna jest również narażona na szorowanie i korozję płuczki wiertniczej pod wysokim ciśnieniem.
(1) Kwadratowa rura wiertnicza: Rury wiertnicze kwadratowe występują w dwóch typach: czworokątne i sześciokątne. W chińskich rurach wiertniczych do ropy naftowej każdy zestaw kolumn wiertniczych zwykle wykorzystuje rurę wiertniczą typu czworokątnego. Jej specyfikacje to 63,5 mm (2-1/2 cala), 88,9 mm (3-1/2 cala), 107,95 mm (4-1/4 cala), 133,35 mm (5-1/4 cala), 152,4 mm (6 cali) itd. Używana długość wynosi zwykle 1214,5 m.
(2) Rura wiertnicza: Rura wiertnicza jest podstawowym narzędziem do wiercenia studni, podłączona do dolnego końca kwadratowej rury wiertniczej, a w miarę pogłębiania się studni wiertniczej rura wiertnicza wydłuża kolumnę wiertniczą jedna po drugiej. Specyfikacje rury wiertniczej to: 60,3 mm (2-3/8 cala), 73,03 mm (2-7/8 cala), 88,9 mm (3-1/2 cala), 114,3 mm (4-1/2 cala), 127 mm (5 cali), 139,7 mm (5-1/2 cala) itd.
(3) Rura wiertnicza o dużej wytrzymałości: Obciążona rura wiertnicza to narzędzie przejściowe łączące rurę wiertniczą z kołnierzem wiertniczym, które może poprawić stan siły rury wiertniczej i zwiększyć nacisk na wiertło. Główne specyfikacje ważonej rury wiertniczej to 88,9 mm (3-1/2 cala) i 127 mm (5 cali).
(4) Kołnierz wiertniczy: Kołnierz wiertniczy jest połączony z dolną częścią rury wiertniczej, która jest specjalną rurą o grubych ściankach i dużej sztywności. Wywiera nacisk na wiertło, aby rozbić skałę i odgrywa rolę prowadzącą podczas wiercenia prostego odwiertu. Typowe specyfikacje kołnierzy wiertniczych to 158,75 mm (6-1/4 cala), 177,85 mm (7 cali), 203,2 mm (8 cali), 228,6 mm (9 cali) itd.
V. Rura przewodowa
1. Klasyfikacja rur przewodowych
Rury przewodowe są używane w przemyśle naftowym i gazowym do przesyłu ropy naftowej, rafinowanej ropy naftowej, gazu ziemnego i wody, w skrócie rury stalowe. Rury przesyłowe ropy naftowej i gazu dzielą się na główne, odgałęzione i miejskie sieci rurociągów. Trzy rodzaje przesyłu rurociągów głównych mają typowe specyfikacje ∅406 ~ 1219 mm, grubość ścianki 10 ~ 25 mm, gatunek stali X42 ~ X80; rurociągi odgałęzione i miejskie sieci rurociągów mają zwykle specyfikacje dla ∅114 ~ 700 mm, grubość ścianki 6 ~ 20 mm, gatunek stali dla X42 ~ X80. Gatunek stali to X42～X80. Rury przewodowe są dostępne w typach spawanych i bezszwowych. Spawane rury przewodowe są używane częściej niż rury przewodowe bezszwowe.
2. Standard rury przewodowej
API Spec 5L – Specyfikacja rury przewodowej
ISO 3183 – Przemysł naftowy i gazowy – Rury stalowe do rurociągowych systemów transportowych
3. PSL1 i PSL2
PSL to skrót od poziom specyfikacji produktu. Poziom specyfikacji produktu rury przewodowej jest podzielony na PSL 1 i PSL 2, a poziom jakości jest podzielony na PSL 1 i PSL 2. PSL 2 jest wyższy niż PSL 1; dwa poziomy specyfikacji mają nie tylko różne wymagania testowe, ale także wymagania dotyczące składu chemicznego i właściwości mechanicznych są różne, więc zgodnie z zamówieniem API 5L warunki umowy, oprócz określenia specyfikacji, gatunku stali i innych wspólnych wskaźników, ale także muszą wskazywać poziom specyfikacji produktu, czyli PSL 1 lub PSL 2. PSL 2 w składzie chemicznym, właściwościach rozciągających, sile uderzenia, badaniach nieniszczących i innych wskaźnikach jest bardziej rygorystyczny niż PSL 1.
4. Gatunek stali rur przewodowych, skład chemiczny i właściwości mechaniczne
Gatunki stali do rur przewodowych od niskich do wysokich są podzielone na A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 i X80. Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat składu chemicznego i właściwości mechanicznych, zapoznaj się ze specyfikacją API 5L, 46. wydanie książki.
5. Wymagania dotyczące próby hydrostatycznej rur przewodowych i badań nieniszczących
Rurociągi powinny być poddawane testowi hydraulicznemu gałąź po gałęzi, a norma nie zezwala na nieniszczące generowanie ciśnienia hydraulicznego, co również stanowi dużą różnicę między normą API a naszymi normami. PSL 1 nie wymaga nieniszczącego testowania; PSL 2 powinno być nieniszczącym testowaniem gałąź po gałęzi.
VI. Połączenia premium
1. Wprowadzenie Połączeń Premium
Premium Connection to gwint rurowy o unikalnej strukturze, która różni się od gwintu API. Chociaż istniejąca obudowa olejowa z gwintem API jest szeroko stosowana w eksploatacji odwiertów naftowych, jej wady są wyraźnie widoczne w unikalnym środowisku niektórych pól naftowych: okrągła kolumna rurowa z gwintem API, chociaż jej właściwości uszczelniające są lepsze, siła rozciągająca przenoszona przez część gwintowaną jest równa tylko 60% do 80% wytrzymałości korpusu rury, a zatem nie może być stosowana w eksploatacji głębokich odwiertów; trapezoidalna kolumna rurowa z gwintem API, chociaż jej właściwości rozciągające są znacznie wyższe niż w przypadku okrągłego połączenia gwintowanego API, jej właściwości uszczelniające nie są tak dobre. Chociaż właściwości rozciągające kolumny są znacznie wyższe niż w przypadku okrągłego połączenia gwintowanego API, jej właściwości uszczelniające nie są zbyt dobre, więc nie może być stosowana w eksploatacji odwiertów gazowych wysokociśnieniowych; Ponadto smar do gwintów może spełniać swoją funkcję wyłącznie w środowisku o temperaturze poniżej 95℃, dlatego nie można go stosować przy eksploatacji odwiertów o wysokiej temperaturze.
W porównaniu z gwintem okrągłym API i połączeniem z gwintem częściowym trapezowym, połączenie premium poczyniło przełomowy postęp w następujących aspektach:
(1) Dobre uszczelnienie, dzięki elastyczności i metalowej konstrukcji uszczelniającej, sprawia, że uszczelnienie gazowe złącza jest odporne na osiągnięcie granicy korpusu rury w zakresie ciśnienia plastyczności;
(2) Wysoka wytrzymałość połączenia, połączenie ze specjalnym złączem klamrowym obudowy olejowej, jego siła połączenia osiąga lub przekracza wytrzymałość korpusu rurki, aby zasadniczo rozwiązać problem poślizgu;
(3) Dzięki doborowi materiału i ulepszeniu procesu obróbki powierzchni zasadniczo rozwiązano problem zatykania się klamry;
(4) Poprzez optymalizację konstrukcji, tak aby rozkład naprężeń w połączeniu był bardziej rozsądny i sprzyjał odporności na korozję naprężeniową;
(5) Poprzez konstrukcję barku o rozsądnej konstrukcji, tak aby obsługa klamry była bardziej dostępna.
Branża naftowa i gazowa może pochwalić się ponad 100 opatentowanymi połączeniami premium, co stanowi znaczący postęp w technologii rur. Te specjalistyczne konstrukcje gwintów oferują doskonałe właściwości uszczelniające, zwiększoną wytrzymałość połączenia i zwiększoną odporność na naprężenia środowiskowe. Rozwiązując takie wyzwania, jak wysokie ciśnienie, środowiska korozyjne i ekstremalne temperatury, te innowacje zapewniają doskonałą niezawodność i wydajność w operacjach przyjaznych dla ropy na całym świecie. Ciągłe badania i rozwój połączeń premium podkreślają ich kluczową rolę we wspieraniu bezpieczniejszych i bardziej produktywnych praktyk wiertniczych, odzwierciedlając stałe zaangażowanie w doskonałość technologiczną w sektorze energetycznym.
Połączenie VAM®: Znane ze swojej solidnej wydajności w trudnych warunkach, połączenia VAM® charakteryzują się zaawansowaną technologią uszczelniania metal-metal i wysokim momentem obrotowym, zapewniając niezawodne działanie w głębokich studniach i zbiornikach wysokociśnieniowych.
Seria klinów TenarisHydril: Seria ta oferuje szeroką gamę połączeń, takich jak Blue®, Dopeless® i Wedge 521®, znanych z wyjątkowej gazoszczelności i odporności na siły ściskające i rozciągające, co zwiększa bezpieczeństwo operacyjne i wydajność.
Niebieski TSH®: Zaprojektowane przez Tenaris, połączenia TSH® Blue wykorzystują opatentowaną konstrukcję z podwójnym kołnierzem i wysokowydajny profil gwintu, zapewniając doskonałą odporność na zmęczenie i łatwość montażu w krytycznych zastosowaniach wiertniczych.
Połączenie Grant Prideco™ XT®: Połączenia XT® opracowane przez NOV charakteryzują się unikalnym uszczelnieniem metal-metal i solidnym gwintem, co gwarantuje doskonałą wytrzymałość na moment obrotowy i odporność na zatarcia, wydłużając tym samym żywotność połączenia.
Połączenie Hunting Seal-Lock®: Wyposażone w uszczelnienie metal-metal i unikalny profil gwintu, połączenie Seal-Lock® firmy Hunting słynie z doskonałej odporności na ciśnienie i niezawodności zarówno w operacjach wiertniczych na lądzie, jak i na morzu.
Wniosek
Podsumowując, skomplikowana sieć stalowych rur, które są kluczowe dla przemysłu naftowego i gazowego, obejmuje szeroką gamę specjalistycznego sprzętu zaprojektowanego tak, aby wytrzymać trudne warunki i złożone wymagania operacyjne. Od rur obudowy fundamentowej, które podtrzymują i chronią zdrowe ściany, po wszechstronne rury stosowane w procesach ekstrakcji i wtrysku, każdy rodzaj rury służy odrębnemu celowi w eksploracji, produkcji i transporcie węglowodorów. Normy, takie jak specyfikacje API, zapewniają jednolitość i jakość tych rur, podczas gdy innowacje, takie jak połączenia premium, zwiększają wydajność w trudnych warunkach. Wraz z rozwojem technologii te krytyczne komponenty rozwijają się, zwiększając wydajność i niezawodność w globalnych operacjach energetycznych. Zrozumienie tych rur i ich specyfikacji podkreśla ich niezastąpioną rolę w infrastrukturze nowoczesnego sektora energetycznego.
