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Introdução

Tubos de aço são essenciais no setor de petróleo e gás, oferecendo durabilidade e confiabilidade inigualáveis em condições extremas. Essenciais para exploração e transporte, esses tubos suportam altas pressões, ambientes corrosivos e temperaturas severas. Esta página explora as funções críticas dos tubos de aço na exploração de petróleo e gás, detalhando sua importância na perfuração, infraestrutura e segurança. Descubra como selecionar tubos de aço adequados pode aumentar a eficiência operacional e reduzir custos neste setor exigente.

I. O conhecimento básico dos tubos de aço para a indústria de petróleo e gás

1. Explicação da Terminologia

API: Abreviatura de Instituto Americano de petroleo.
OCTG: Abreviatura de Produtos tubulares para países petrolíferos, incluindo tubo de revestimento de óleo, tubo de óleo, tubo de perfuração, colar de perfuração, brocas, haste de sucção, juntas de filhote, etc.
Tubulação de óleo: Tubulações são usadas em poços de petróleo para extração, extração de gás, injeção de água e fraturamento ácido.
Invólucro: Tubulação baixada da superfície do solo para dentro de um poço perfurado como revestimento para evitar o colapso da parede.
Tubo de perfuração: Tubo utilizado para perfuração de poços.
Tubo de Linha: Tubo usado para transportar petróleo ou gás.
Acoplamentos: Cilindros usados para conectar dois tubos roscados com roscas internas.
Material de acoplamento: Tubo utilizado para fabricação de acoplamentos.
Tópicos de API: Roscas de tubos especificadas pela norma API 5B, incluindo roscas redondas de tubos de óleo, roscas redondas curtas de revestimento, roscas redondas longas de revestimento, roscas trapezoidais parciais de revestimento, roscas de tubos de linha, etc.
Conexão Premium: Roscas não API com propriedades de vedação, propriedades de conexão e outras propriedades exclusivas.
Falhas: deformação, fratura, danos superficiais e perda da função original sob condições de serviço específicas.
Formas primárias de falha: esmagamento, deslizamento, ruptura, vazamento, corrosão, colagem, desgaste, etc.

2. Normas Relacionadas ao Petróleo

Especificação API 5B, 17ª Edição – Especificação para Rosqueamento, Medição e Inspeção de Roscas de Revestimento, Tubulação e Roscas de Tubos de Linha
Especificação API 5L, 46ª edição – Especificação para tubo de linha
Especificação API 5CT, 11ª Edição – Especificação para Revestimento e Tubulação
Especificação API 5DP, 7ª Edição – Especificação para tubo de perfuração
Especificação API 7-1, 2ª edição – Especificação para elementos de haste de perfuração rotativa
Especificação API 7-2, 2ª edição – Especificação para Rosqueamento e Medição de Conexões de Rosca com Ressalto Rotativo
Especificação API 11B, 24ª edição – Especificação para hastes de sucção, hastes e revestimentos polidos, acoplamentos, barras de chumbada, braçadeiras de haste polida, caixas de empanque e tês de bombeamento
ISO 3183:2019 – Indústrias de Petróleo e Gás Natural – Tubos de Aço para Sistemas de Transporte por Dutos
ISO 11960:2020 – Indústrias de Petróleo e Gás Natural – Tubos de Aço para Uso como Revestimento ou Tubulação para Poços
NACEMR0175/ISO 15156:2020 – Indústrias de Petróleo e Gás Natural — Materiais para Uso em Ambientes Contendo H2S na Produção de Petróleo e Gás

II. Tubulação de óleo

1. Classificação de tubos de óleo

A tubulação de óleo é dividida em tubulação de óleo não virada (NU), tubulação de óleo virada externa (EU) e tubulação de óleo de junta integral (IJ). A tubulação de óleo NU significa que a extremidade da tubulação é de espessura média, gira diretamente a rosca e traz os acoplamentos. A tubulação virada implica que as extremidades de ambos os tubos são viradas externamente, depois rosqueadas e acopladas. A tubulação de junta integral significa que uma extremidade do tubo é virada com roscas externas e a outra é virada com roscas internas conectadas diretamente sem acoplamentos.

2. Função da tubulação de óleo

① Extração de petróleo e gás: após os poços de petróleo e gás serem perfurados e cimentados, a tubulação é colocada no invólucro de petróleo para extrair petróleo e gás para o solo.
② Injeção de água: quando a pressão no fundo do poço for insuficiente, injete água no poço através da tubulação.
③ Injeção de vapor: Na recuperação a quente de óleo espesso, o vapor é introduzido no poço com tubulação de óleo isolada.
④ Acidificação e fraturamento: No estágio final da perfuração de poços ou para melhorar a produção de poços de petróleo e gás, é necessário introduzir meio de acidificação e fraturamento ou material de cura na camada de petróleo e gás, e o meio e o material de cura são transportados através da tubulação de óleo.

3. Grau de aço da tubulação de óleo

Os tipos de aço dos tubos de óleo são H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
O N80 é dividido em N80-1 e N80Q, os dois têm as mesmas propriedades de tração; as duas diferenças são o status de entrega e as diferenças de desempenho de impacto, entrega do N80-1 por estado normalizado ou quando a temperatura final de laminação é maior que a temperatura crítica Ar3 e redução de tensão após resfriamento a ar e pode ser usado para encontrar laminação a quente em vez de normalizada, testes de impacto e não destrutivos não são necessários; o N80Q deve ser temperado (temperado e revenido) Tratamento térmico, a função de impacto deve estar de acordo com as disposições da API 5CT e deve ser um teste não destrutivo.
L80 é dividido em L80-1, L80-9Cr e L80-13Cr. Suas propriedades mecânicas e status de entrega são os mesmos. Diferenças em uso, dificuldade de produção e preço: L80-1 é para o tipo geral, L80-9Cr e L80-13Cr são tubos de alta resistência à corrosão, dificuldade de produção e são caros e geralmente usados em poços de corrosão pesada.
C90 e T95 são divididos em 1 e 2 tipos, nomeadamente C90-1, C90-2 e T95-1, T95-2.

4. O tipo de aço comumente usado da tubulação de óleo, o nome do aço e o status de entrega

J55 (37Mn5) Tubo de óleo NU: laminado a quente em vez de normalizado
J55 (37Mn5) Tubo de óleo UE: Comprimento total normalizado após perturbação
Tubo de óleo NU N80-1 (36Mn2V): laminado a quente em vez de normalizado
Tubulação de óleo UE N80-1 (36Mn2V): Comprimento total normalizado após perturbação
Tubulação de óleo N80-Q (30Mn5): 30Mn5, têmpera completa
Tubulação de óleo L80-1 (30Mn5): 30Mn5, têmpera completa
Tubulação de óleo P110 (25CrMnMo): 25CrMnMo, têmpera completa
Acoplamento J55 (37Mn5): Laminado a quente on-line normalizado
Acoplamento N80 (28MnTiB): Revenimento completo
Acoplamento L80-1 (28MnTiB): Temperado em todo o comprimento
Acoplamento P110 (25CrMnMo): Revenimento completo

III. Tubo de Revestimento

1. Classificação e função do invólucro

O revestimento é o tubo de aço que sustenta a parede dos poços de petróleo e gás. Várias camadas de revestimento são utilizadas em cada poço de acordo com diferentes profundidades de perfuração e condições geológicas. O cimento é usado para cimentar o revestimento depois de baixado no poço e, diferentemente do tubo de petróleo e do tubo de perfuração, não pode ser reutilizado e pertence a materiais consumíveis descartáveis. Portanto, o consumo de revestimento é responsável por mais de 70% de todas as tubulações de poços de petróleo. O revestimento pode ser dividido em revestimento condutor, revestimento intermediário, revestimento de produção e revestimento de revestimento de acordo com seu uso, e suas estruturas em poços de petróleo são mostradas na Figura 1.

①Caixa do condutor: Normalmente usando graus API K55, J55 ou H40, o revestimento condutor estabiliza a cabeça do poço e isola aquíferos rasos com diâmetros geralmente em torno de 20 polegadas ou 16 polegadas.

②Invólucro intermediário: O revestimento intermediário, geralmente feito de graus API K55, N80, L80 ou P110, é usado para isolar formações instáveis e zonas de pressão variadas, com diâmetros típicos de 13 3/8 polegadas, 11 3/4 polegadas ou 9 5/8 polegadas .

③Invólucro de produção: Construída em aço de alta qualidade, como graus API J55, N80, L80, P110 ou Q125, a carcaça de produção é projetada para suportar pressões de produção, geralmente com diâmetros de 9 5/8 polegadas, 7 polegadas ou 5 1/2 polegadas.

④Invólucro do forro: Os revestimentos estendem o poço até o reservatório usando materiais como graus API L80, N80 ou P110, com diâmetros típicos de 7 polegadas, 5 polegadas ou 4 1/2 polegadas.

⑤Tubulação: A tubulação transporta hidrocarbonetos para a superfície, usando graus API J55, L80 ou P110, e está disponível em diâmetros de 4 1/2 polegadas, 3 1/2 polegadas ou 2 7/8 polegadas.

4. Tubo de perfuração

1. Classificação e Função de Tubo para Ferramentas de Perfuração

O tubo de perfuração quadrado, tubo de perfuração, tubo de perfuração ponderado e colar de perfuração em ferramentas de perfuração formam o tubo de perfuração. O tubo de perfuração é a ferramenta de perfuração central que conduz a broca do solo até o fundo do poço, e também é um canal do solo até o fundo do poço. Ele tem três papéis principais:

① Para transmitir torque para conduzir a broca para perfurar;

② Contar com seu peso na broca para quebrar a pressão da rocha no fundo do poço;

③ Para transportar fluido de lavagem, isto é, perfurar lama através do solo através das bombas de lama de alta pressão, perfurar a coluna no fluxo do poço até o fundo do poço para lavar os detritos rochosos e resfriar a broca, e transportar os detritos rochosos através da superfície externa da coluna e da parede do poço entre o anel para retornar ao solo, para atingir o objetivo de perfurar o poço.

O tubo de perfuração é usado no processo de perfuração para suportar uma variedade de cargas complexas alternadas, como tração, compressão, torção, flexão e outras tensões. A superfície interna também está sujeita à abrasão e corrosão por lama de alta pressão.
(1) Tubo de perfuração quadrado: Tubos de perfuração quadrados vêm em dois tipos: quadrilátero e hexagonal. No tubo de perfuração de petróleo da China, cada conjunto de colunas de perfuração geralmente usa um tubo de perfuração do tipo quadrilátero. Suas especificações são 63,5 mm (2-1/2 polegadas), 88,9 mm (3-1/2 polegadas), 107,95 mm (4-1/4 polegadas), 133,35 mm (5-1/4 polegadas), 152,4 mm (6 polegadas) e assim por diante. O comprimento usado é geralmente 1214,5 m.
(2) Tubo de perfuração: O tubo de perfuração é a ferramenta primária para perfuração de poços, conectado à extremidade inferior do tubo de perfuração quadrado, e conforme o poço de perfuração continua a se aprofundar, o tubo de perfuração continua alongando a coluna de perfuração um após o outro. As especificações do tubo de perfuração são: 60,3 mm (2-3/8 polegadas), 73,03 mm (2-7/8 polegadas), 88,9 mm (3-1/2 polegadas), 114,3 mm (4-1/2 polegadas), 127 mm (5 polegadas), 139,7 mm (5-1/2 polegadas) e assim por diante.
(3) Tubo de perfuração para serviços pesados: Um tubo de perfuração ponderado é uma ferramenta de transição que conecta o tubo de perfuração e o colar de perfuração, o que pode melhorar a condição de força do tubo de perfuração e aumentar a pressão na broca. As principais especificações do tubo de perfuração ponderado são 88,9 mm (3-1/2 polegadas) e 127 mm (5 polegadas).
(4) Colar de perfuração: O colar de perfuração é conectado à parte inferior do tubo de perfuração, que é um tubo especial de parede espessa com alta rigidez. Ele exerce pressão sobre a broca para quebrar a rocha e desempenha um papel de orientação ao perfurar um poço reto. As especificações comuns dos colares de perfuração são 158,75 mm (6-1/4 polegadas), 177,85 mm (7 polegadas), 203,2 mm (8 polegadas), 228,6 mm (9 polegadas) e assim por diante.

V. Tubo de linha

1. Classificação do tubo de linha

O tubo de linha é usado na indústria de petróleo e gás para transmitir oleodutos, óleo refinado, gás natural e água com a abreviação de tubo de aço. O transporte de oleodutos e gasodutos é dividido em oleodutos de linha principal, ramificação e rede de oleodutos urbanos. Três tipos de transmissão de oleodutos de linha principal têm as especificações usuais de ∅406 ~ 1219 mm, uma espessura de parede de 10 ~ 25 mm, grau de aço X42 ~ X80; oleodutos de linha secundária e oleodutos de rede de oleodutos urbanos geralmente têm especificações para ∅114 ~ 700 mm, a espessura da parede de 6 ~ 20 mm, o grau de aço para o X42 ~ X80. O grau de aço é X42 ～ X80. O tubo de linha está disponível em tipos soldados e sem costura. O tubo de linha soldado é usado mais do que o tubo de linha sem costura.

2. Padrão de tubo de linha

API Spec 5L – Especificação para tubulação de linha
ISO 3183 – Indústrias de Petróleo e Gás Natural – Tubos de Aço para Sistemas de Transporte por Dutos

3. PSL1 e PSL2

PSL é a abreviação de nível de especificação do produto. O nível de especificação do produto de tubulação de linha é dividido em PSL 1 e PSL 2, e o nível de qualidade é dividido em PSL 1 e PSL 2. O PSL 2 é superior ao PSL 1; os dois níveis de especificação não só têm requisitos de teste diferentes, mas os requisitos de composição química e propriedades mecânicas são diferentes, portanto, de acordo com a ordem API 5L, os termos do contrato, além de especificar as especificações, grau de aço e outros indicadores comuns, mas também devem indicar o nível de especificação do produto, ou seja, PSL 1 ou PSL 2. O PSL 2 na composição química, propriedades de tração, poder de impacto, testes não destrutivos e outros indicadores são mais rigorosos do que o PSL 1.

4. Classe de aço do tubo de linha, composição química e propriedades mecânicas

Os graus de aço para tubos de linha, de baixo a alto, são divididos em A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 e X80. Para obter detalhes sobre composição química e propriedades mecânicas, consulte o livro API 5L Specification, 46th Edition.

5. Teste hidrostático de tubo de linha e requisitos de exame não destrutivo

O teste hidráulico de tubulação de linha deve ser feito ramo por ramo, e o padrão não permite geração não destrutiva de pressão hidráulica, o que também é uma grande diferença entre o padrão API e nossos padrões. O PSL 1 não requer teste não destrutivo; o PSL 2 deve ser teste não destrutivo ramo por ramo.

VI. Conexões Premium

1. Introdução de Conexões Premium

A Conexão Premium é uma rosca de tubo com uma estrutura única que é diferente da rosca API. Embora o revestimento de óleo roscado API existente seja amplamente utilizado na exploração de poços de petróleo, suas deficiências são claramente mostradas no ambiente exclusivo de alguns campos de petróleo: a coluna de tubo roscado redondo API, embora seu desempenho de vedação seja melhor, a força de tração suportada pela parte roscada é apenas equivalente a 60% a 80% da resistência do corpo do tubo e, portanto, não pode ser usada na exploração de poços profundos; a coluna de tubo roscado trapezoidal enviesada API, embora seu desempenho de tração seja muito maior do que o da conexão roscada redonda API, seu desempenho de vedação não é tão bom. Embora o desempenho de tração da coluna seja muito maior do que o da conexão roscada redonda API, seu desempenho de vedação não é muito bom, portanto, não pode ser usada na exploração de poços de gás de alta pressão; além disso, a graxa rosqueada só pode desempenhar sua função em ambientes com temperatura abaixo de 95℃, portanto não pode ser usada na exploração de poços de alta temperatura.

Em comparação com a rosca redonda API e a conexão de rosca trapezoidal parcial, a conexão premium fez progressos inovadores nos seguintes aspectos:

(1) Uma boa vedação, através da elasticidade e do projeto da estrutura de vedação metálica, torna a vedação do gás da junta resistente a atingir o limite do corpo da tubulação dentro da pressão de escoamento;

(2) Alta resistência da conexão, conectando-se com conexão de fivela especial do invólucro de óleo, sua resistência de conexão atinge ou excede a resistência do corpo da tubulação, para resolver fundamentalmente o problema de deslizamento;

(3) Pela seleção de materiais e melhoria do processo de tratamento de superfície, basicamente resolveu o problema da fivela presa na linha;

(4) Através da otimização da estrutura, para que a distribuição das tensões nas juntas seja mais razoável e mais propícia à resistência à corrosão sob tensão;

(5) Através da estrutura do ombro do design razoável, de modo que a operação da fivela na operação seja mais acessível.

A indústria de petróleo e gás ostenta mais de 100 conexões premium patenteadas, representando avanços significativos na tecnologia de tubos. Esses designs de rosca especializados oferecem capacidades de vedação superiores, maior resistência da conexão e resistência aprimorada a tensões ambientais. Ao abordar desafios como altas pressões, ambientes corrosivos e temperaturas extremas, essas inovações garantem excelente confiabilidade e eficiência em operações saudáveis em termos de óleo em todo o mundo. Pesquisa e desenvolvimento contínuos em conexões premium ressaltam seu papel fundamental no suporte a práticas de perfuração mais seguras e produtivas, refletindo um compromisso contínuo com a excelência tecnológica no setor de energia.

Conexão VAM®: Conhecidas por seu desempenho robusto em ambientes desafiadores, as conexões VAM® apresentam tecnologia avançada de vedação metal-metal e capacidade de alto torque, garantindo operações confiáveis em poços profundos e reservatórios de alta pressão.

Série de cunha TenarisHydril: Esta série oferece uma variedade de conexões como Blue®, Dopeless® e Wedge 521®, conhecidas por sua excepcional vedação estanque a gases e resistência a forças de compressão e tensão, aumentando a segurança e a eficiência operacionais.

TSH® Azul: Projetadas pela Tenaris, as conexões TSH® Blue utilizam um design exclusivo de ombro duplo e um perfil de rosca de alto desempenho, proporcionando excelente resistência à fadiga e facilidade de montagem em aplicações críticas de perfuração.

Conceda conexão Prideco ™ XT®: Projetadas pela NOV, as conexões XT® incorporam uma vedação metal-metal exclusiva e um formato de rosca robusto, garantindo capacidade de torque superior e resistência à corrosão, estendendo assim a vida útil operacional da conexão.

Conexão Hunting Seal-Lock®: Apresentando uma vedação metal-metal e um perfil de rosca exclusivo, a conexão Seal-Lock® da Hunting é conhecida por sua superior resistência à pressão e confiabilidade em operações de perfuração onshore e offshore.

Conclusão

Concluindo, a intrincada rede de tubos de aço cruciais para a indústria de petróleo e gás abrange uma ampla gama de equipamentos especializados projetados para suportar ambientes rigorosos e demandas operacionais complexas. Dos tubos de revestimento de fundação que suportam e protegem paredes saudáveis até a tubulação versátil usada em processos de extração e injeção, cada tipo de tubo atende a um propósito distinto na exploração, produção e transporte de hidrocarbonetos. Padrões como especificações API garantem uniformidade e qualidade em todos esses tubos, enquanto inovações como conexões premium melhoram o desempenho em condições desafiadoras. À medida que a tecnologia evolui, esses componentes críticos avançam, impulsionando eficiência e confiabilidade em operações globais de energia. Entender esses tubos e suas especificações ressalta seu papel indispensável na infraestrutura do setor de energia moderno.