Badanie kluczowej roli rur stalowych w poszukiwaniach ropy i gazu
I. Podstawowa wiedza na temat rur 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, ekstrakcji gazu, wtryskiwania wody i szczelinowania kwasowego.
Obudowa: Rura opuszczana z powierzchni gruntu do wywierconego otworu wiertniczego jako wykładzina zapobiegająca 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 okrągłe gwinty rur olejowych, krótkie okrągłe gwinty obudowy, długie okrągłe gwinty obudowy, częściowe gwinty trapezowe obudowy, gwinty rur przewodowych i tak dalej.
Połączenie premium: Gwinty inne niż API ze specjalnymi właściwościami uszczelniającymi, właściwościami połączeń i innymi właściwościami.
Awarie: deformację, pęknięcie, uszkodzenie powierzchni i utratę pierwotnej funkcji w określonych warunkach użytkowania.
Główne formy niepowodzeń: zmiażdżenie, poślizg, pęknięcie, wyciek, korozja, sklejenie, zużycie i tak dalej.
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
Węże olejowe dzielą się na przewody olejowe niespękane (NU), przewody olejowe ze spękanymi zewnętrznymi (UE) i przewody olejowe ze złączem integralnym (IJ). Węże olejowe NU oznaczają, że koniec rurki ma normalną grubość i bezpośrednio obraca gwint i łączy złącza. Spęczona rurka oznacza, że końce obu rurek są spęczone zewnętrznie, a następnie gwintowane i łączone. Rury ze złączem integralnym oznaczają, że jeden koniec rury jest spęczony gwintami zewnętrznymi, a drugi koniec jest spęczony gwintami wewnętrznymi i połączony bezpośrednio bez złączy.
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 Wstrzykiwanie pary: W przypadku odzyskiwania gorącego gęstego oleju para powinna być wprowadzana do odwiertu za pomocą izolowanych rurek naftowych.
④ Zakwaszanie i szczelinowanie: Na późnym etapie wiercenia odwiertów lub w celu usprawnienia wydobycia odwiertów naftowych i gazowych konieczne jest wprowadzenie środka zakwaszającego i szczelinującego lub materiału utwardzającego do warstwy ropy i gazu, a medium i materiał utwardzający są transportowany rurką olejową.
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 rozciągające, dwie różnice to różnice w stanie dostawy i udarności, dostawa N80-1 w stanie znormalizowanym lub gdy końcowa temperatura walcowania jest większa niż temperatura temperatura krytyczna Ar3 i redukcja naprężenia po schłodzeniu powietrzem i można ją zastosować do walcowania na gorąco zamiast normalizacji, nie są wymagane badania udarności i nieniszczące; N80Q należy poddać obróbce cieplnej (hartowanej i odpuszczanej). Obróbka cieplna, funkcja udarności powinna być zgodna z postanowieniami API 5CT i powinna obejmować badania nieniszczące.
L80 dzieli się na L80-1, L80-9Cr i L80-13Cr. Ich właściwości mechaniczne i stan dostawy są takie same. Różnice w zastosowaniu, trudności w produkcji i cena. L80-1 dla typu ogólnego, L80-9Cr i L80-13Cr to rury o wysokiej odporności na korozję, trudne w produkcji, drogie i zwykle stosowane w ciężkich studniach 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: Wkładki rozciągają odwiert do zbiornika przy użyciu materiałów takich jak API klasy L80, N80 lub P110, o typowych średnicach 7 cali, 5 cali 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
Kwadratowa rura wiertnicza, rura wiertnicza, rura wiertnicza z obciążeniem i kołnierz wiertniczy w narzędziach wiertniczych tworzą rurę wiertniczą. Rura wiertnicza to narzędzie do wiercenia rdzeniowego, które napędza wiertło z gruntu na dno studni, a także stanowi kanał biegnący z gruntu na dno studni. 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 w procesie wiercenia wytrzymuje różnorodne złożone obciążenia przemienne, takie jak rozciąganie, ściskanie, skręcanie, zginanie i inne naprężenia, powierzchnia wewnętrzna jest również poddawana szorowaniu i korozji błotem pod wysokim ciśnieniem.
(1) Kwadratowa rura wiertnicza: kwadratowa rura wiertnicza ma dwa rodzaje czworobocznej i sześciokątnej rury wiertniczej, w chińskiej rurze wiertniczej każdy zestaw kolumn wiertniczych zwykle wykorzystuje rurę wiertniczą typu czworobocznego. Jego 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) i tak dalej. Zwykle stosowana długość wynosi 12 ~ 14,5 m.
(2) Rura wiertnicza: Rura wiertnicza jest głównym narzędziem do wiercenia studni, połączona z dolnym końcem kwadratowej rury wiertniczej, a w miarę dalszego pogłębiania się studni, rura wiertnicza jedna po drugiej wydłuża kolumnę wiertniczą. 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) i tak dalej.
(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 połączony jest z dolną częścią rury wiertniczej, która jest specjalną grubościenną rurą o dużej sztywności, wywierającą nacisk na wiertło w celu rozbicia skały i pełniącą rolę przewodnią 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) i tak dalej.
V. Rura przewodowa
1. Klasyfikacja rur przewodowych
Rura przewodowa stosowana jest w przemyśle naftowym i gazowym do przesyłania rurociągów ropy naftowej, rafinowanej ropy naftowej, gazu ziemnego i wody w skrócie rura stalowa. Rurociągi do transportu ropy i gazu dzielą się głównie na rurociągi główne, rurociągi odgałęzione i rurociągi sieci miejskiej. Trzy rodzaje rurociągów głównych o zwykłych specyfikacjach dla ∅406 ~ 1219 mm, grubość ścianki 10 ~ 25 mm, gatunek stali X42 ~ X80 ; Rurociągi odgałęzione i rurociągi sieci miejskiej mają zwykle specyfikację dla ∅114 ~ 700 mm, grubość ścianki 6 ~ 20 mm, gatunek stali dla X42 ~ X80. Gatunek stali to X42 ~ X80. Rura przewodowa jest dostępna w wersji spawanej i bez szwu. Spawana rura przewodowa jest częściej używana niż bezszwowa rura przewodowa.
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 produktów rur przewodowych jest podzielony na PSL 1 i PSL 2, można również powiedzieć, że poziom jakości jest podzielony na PSL 1 i PSL 2. PSL 2 jest wyższy niż PSL 1, 2 poziomy specyfikacji nie tylko mają różne wymagania testowe, ale skład chemiczny i wymagania dotyczące właściwości mechanicznych są różne, więc zgodnie z zamówieniem API 5L warunki umowy oprócz określenia specyfikacji, gatunku stali i innych wspólnych wskaźników, ale muszą także wskazywać poziom specyfikacji produktu, czyli PSL 1 lub PSL 2. PSL 2 pod względem składu chemicznego, właściwości rozciągających, siły uderzenia, badań nieniszczących i innych wskaźników jest bardziej rygorystyczny niż PSL 1.
4. Gatunek stali rur przewodowych, skład chemiczny i właściwości mechaniczne
Gatunki stali rur przewodowych od niskiego do wysokiego dzielą się na: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 i X80. Szczegółowy skład chemiczny i właściwości mechaniczne można znaleźć w specyfikacji API 5L, wydanie 46.
5. Wymagania dotyczące próby hydrostatycznej rur przewodowych i badań nieniszczących
Rurę przewodową należy wykonywać odgałęzienie po odgałęzieniu, a norma nie pozwala na nieniszczące wytwarzanie ciśnienia hydraulicznego, co również stanowi dużą różnicę między standardem API a naszymi standardami. PSL 1 nie wymaga badań nieniszczących, PSL 2 powinien obejmować badania nieniszczące gałąź po gałęzi.
VI. Połączenia premium
1. Wprowadzenie Połączeń Premium
Premium Connection to gwint potokowy o specjalnej strukturze różniącej się od wątku API. Chociaż istniejąca gwintowana obudowa olejowa API jest szeroko stosowana w eksploatacji odwiertów naftowych, jej wady są wyraźnie widoczne w specjalnym środowisku niektórych pól naftowych: kolumna z okrągłymi rurami gwintowanymi API, chociaż jej właściwości uszczelniające są lepsze, siła rozciągająca przenoszona przez gwint część odpowiada jedynie wytrzymałości korpusu rury od 60% do 80% i dlatego nie może być stosowana w eksploatacji studni głębinowych; kolumna z rurą gwintowaną trapezową z gwintem API, chociaż jej wytrzymałość na rozciąganie jest znacznie wyższa niż w przypadku okrągłego połączenia gwintowego API, jej właściwości uszczelniające nie są tak dobre. Chociaż wytrzymałość kolumny na rozciąganie jest znacznie wyższa niż w przypadku połączenia z gwintem okrągłym API, to jej właściwości uszczelniające nie są zbyt dobre, dlatego nie może być stosowana w eksploatacji odwiertów gazu wysokociśnieniowego; ponadto smar gwintowany może spełniać swoją rolę jedynie w środowisku o temperaturze poniżej 95℃, dlatego nie może być stosowany w eksploatacji odwiertów wysokotemperaturowych.
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) Dzięki konstrukcji ramion o rozsądnej konstrukcji, dzięki czemu działanie klamry podczas operacji jest łatwiejsze.
Obecnie przemysł naftowy i gazowy może poszczycić się ponad 100 opatentowanymi połączeniami premium, co stanowi znaczący postęp w technologii rur. Te wyspecjalizowane konstrukcje gwintów zapewniają doskonałe właściwości uszczelniające, zwiększoną wytrzymałość połączenia i zwiększoną odporność na naprężenia środowiskowe. Rozwiązując wyzwania, takie jak wysokie ciśnienia, środowiska korozyjne i ekstremalne temperatury, innowacje te zapewniają większą niezawodność i wydajność w operacjach odwiertów naftowych na całym świecie. Ciągłe badania i rozwój w zakresie połączeń premium podkreślają ich kluczową rolę we wspieraniu bezpieczniejszych i bardziej produktywnych praktyk wiertniczych, odzwierciedlając ciągłe 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®: Zaprojektowane przez NOV połączenia XT® zawierają unikalne uszczelnienie metal-metal i solidny gwint, zapewniając doskonałą zdolność przenoszenia momentu obrotowego i odporność na zacieranie, wydłużając w ten sposób 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 rurociągów o kluczowym znaczeniu dla przemysłu naftowego i gazowego obejmuje szeroką gamę specjalistycznego sprzętu zaprojektowanego tak, aby wytrzymać rygorystyczne warunki i złożone wymagania operacyjne. Od podstawowych rur osłonowych, które podtrzymują i chronią ściany studni, po wszechstronne rury stosowane w procesach ekstrakcji i wtryskiwania, każdy typ rury służy odmiennemu celowi w poszukiwaniu, produkcji i transporcie węglowodorów. Normy takie jak specyfikacje API zapewniają jednolitość i jakość tych rur, a innowacje, takie jak połączenia premium, zwiększają wydajność w trudnych warunkach. Wraz z ewolucją technologii te krytyczne komponenty stale się rozwijają, zwiększając wydajność i niezawodność w globalnych operacjach energetycznych. Zrozumienie tych rur i ich specyfikacji podkreśla ich niezastąpioną rolę w infrastrukturze nowoczesnego sektora energetycznego.
