Изучение важной роли стальных труб в разведке нефти и газа

Введение

Стальные трубы имеют решающее значение в нефтегазовой отрасли, предлагая непревзойденную прочность и надежность в экстремальных условиях. Необходимые для разведки и транспортировки, эти трубы выдерживают высокое давление, коррозионные среды и суровые температуры. На этой странице рассматриваются критически важные функции стальных труб в разведке нефти и газа, подробно описывается их важность в бурении, инфраструктуре и безопасности. Узнайте, как выбор подходящих стальных труб может повысить эксплуатационную эффективность и сократить расходы в этой требовательной отрасли.

I. Базовые знания о стальных трубах для нефтегазовой промышленности

1. Пояснение терминологии

API: Аббревиатура Американский институт нефти.
OCTG: Аббревиатура Нефтяная страна Трубная продукция, включая обсадные трубы для нефти, насосно-компрессорные трубы, бурильные трубы, удлинители, буровые долота, насосные штанги, муфтовые соединения и т. д.
Масляные трубки: Насосно-компрессорные трубы используются в нефтяных скважинах для добычи, извлечения газа, закачки воды и кислотного разрыва пласта.
Корпус: Трубы опускаются с поверхности земли в пробуренную скважину в качестве облицовки для предотвращения обрушения стенок.
Бурильная труба: Труба, используемая для бурения скважин.
Линейная труба: Труба, используемая для транспортировки нефти или газа.
Муфты: Цилиндры используются для соединения двух резьбовых труб с внутренней резьбой.
Материал соединения: Труба, используемая для изготовления муфт.
API-потоки: Трубная резьба, соответствующая стандарту API 5B, включая круглую резьбу для нефтяных труб, короткую круглую резьбу для обсадных труб, длинную круглую резьбу для обсадных труб, частичную трапецеидальную резьбу для обсадных труб, резьбу для линейных труб и т. д.
Премиум-соединение: Резьбы не-API с уникальными уплотнительными свойствами, соединительными свойствами и другими свойствами.
Неудачи: деформация, разрушение, повреждение поверхности и потеря первоначальной функции в определенных условиях эксплуатации.
Основные формы отказа: раздавливание, скольжение, разрыв, утечка, коррозия, склеивание, износ и т. д.

2. Стандарты, связанные с нефтью

API Spec 5B, 17-е издание – Спецификация на нарезание резьбы, калибровку и проверку резьбы обсадных, насосно-компрессорных и линейных труб.
API Spec 5L, 46-е издание – Спецификация для линейной трубы
API Spec 5CT, 11-е издание – Спецификация для обсадных и насосно-компрессорных труб
API Spec 5DP, 7-е издание – Спецификация для бурильных труб
API Спецификация 7-1, 2-е издание – Спецификация для элементов вращающейся бурильной колонны
API Спецификация 7-2, 2-е издание – Спецификация на нарезание резьбы и калибровку резьбовых соединений с поворотным буртиком.
API Spec 11B, 24-е издание – Спецификации для насосных штанг, полированных штанг и вкладышей, муфт, грузил, зажимов для полированных штанг, сальников и насосных тройников.
ИСО 3183:2019 – Нефтяная и газовая промышленность – Стальные трубы для систем трубопроводного транспорта
ИСО 11960:2020 – Нефтяная и газовая промышленность – Стальные трубы для использования в качестве обсадных труб или насосно-компрессорных труб для скважин.
NACE MR0175/ISO 15156:2020 – Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для использования в H2S-содержащих средах при добыче нефти и газа.

II. Нефтяные трубки

1. Классификация масляных трубок

Нефтяные трубы делятся на невысаженные нефтяные трубы (NU), высаженные снаружи нефтяные трубы (EU) и нефтяные трубы с интегральным соединением (IJ). Нефтяные трубы NU означают, что конец трубы имеет среднюю толщину, непосредственно поворачивает резьбу и приводит муфты. Высаженные трубы подразумевают, что концы обеих труб высажены снаружи, затем нарезаны резьбой и соединены муфтой. Трубы с интегральным соединением означают, что один конец трубы высажен с наружной резьбой, а другой высажен с внутренней резьбой, соединенной напрямую без муфт.

2. Функция масляных трубок

① Добыча нефти и газа: после бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин насосно-компрессорные трубы помещаются в нефтяную колонну для добычи нефти и газа на землю.
② Закачка воды: если давление в скважине недостаточно, закачайте воду в скважину через НКТ.
③ Закачка пара: при добыче густой нефти горячим способом пар вводится в скважину через изолированные нефтяные трубы.
④ Подкисление и гидроразрыв: На поздней стадии бурения скважин или для повышения производительности нефтяных и газовых скважин необходимо ввести в нефтегазовый пласт среду подкисления и гидроразрыва или отверждающий материал, а среда и отверждающий материал транспортируются по нефтяным трубам.

3. Марка стали масляных трубок

Марки стали масляных трубок: H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 делится на N80-1 и N80Q, оба имеют одинаковые свойства растяжения; два различия заключаются в состоянии поставки и различиях в ударных характеристиках, N80-1 поставляется в нормализованном состоянии или когда конечная температура прокатки превышает критическую температуру Ar3 и снижение натяжения после охлаждения на воздухе и может использоваться для определения горячей прокатки вместо нормализованной, ударные и неразрушающие испытания не требуются; N80Q должен быть отпущен (закален и отпущен). Термическая обработка, ударная функция должны соответствовать положениям API 5CT и должны быть подвергнуты неразрушающим испытаниям.
L80 делится на L80-1, L80-9Cr и L80-13Cr. Их механические свойства и статус поставки одинаковы. Различия в использовании, сложности производства и цене: L80-1 относится к общему типу, L80-9Cr и L80-13Cr — это трубы с высокой коррозионной стойкостью, сложностью производства, они дорогие и обычно используются в скважинах с сильной коррозией.
С90 и Т95 делятся на 1 и 2 типа, а именно С90-1, С90-2 и Т95-1, Т95-2.

4. Обычно используемая марка стали для масляных трубок, название стали и статус доставки.

J55 (37Mn5) Масляные трубки NU: горячекатаные вместо нормализованных.
J55 (37Mn5) Масляные трубки ЕС: полноразмерные, нормализованные после высадки
Н80-1 (36Мн2В) Масляные трубы НУ: горячекатаные вместо нормализованных
N80-1 (36Mn2V) Масляные трубки ЕС: полноразмерные, нормализованные после высадки
N80-Q (30Mn5) Масляные трубки: 30Mn5, закалка по всей длине
L80-1 (30Mn5) Масляные трубки: 30Mn5, закалка по всей длине
P110 (25CrMnMo) Масляные трубки: 25CrMnMo, закалка по всей длине
J55 (37Mn5) Муфта: Горячекатаная онлайн, нормализованная
N80 (28MnTiB) Муфта: закалка по всей длине
L80-1 (28MnTiB) Муфта: закаленная по всей длине
P110 (25CrMnMo) Муфта: закалка по всей длине

III. Обсадная труба

1. Классификация и роль кожуха

Обсадная колонна представляет собой стальную трубу, поддерживающую стенки нефтяных и газовых скважин. В каждой скважине используется несколько слоев обсадной колонны в зависимости от глубины бурения и геологических условий. Цемент используется для цементирования обсадной колонны после ее спуска в скважину и в отличие от нефтепроводных и бурильных труб не подлежит повторному использованию и относится к одноразовым расходным материалам. Таким образом, на потребление обсадных труб приходится более 70 процентов всех труб нефтяных скважин. В зависимости от использования обсадную колонну можно разделить на кондукторную, промежуточную, эксплуатационную и хвостовиковую, а их конструкции в нефтяных скважинах показаны на рисунке 1.

①Корпус проводника: Обычно используются классы API K55, J55 или H40, кондукторная колонна стабилизирует устье скважины и изолирует неглубокие водоносные горизонты диаметром обычно около 20 или 16 дюймов.

②Промежуточный корпус: Промежуточная обсадная колонна, часто изготовленная из марок API K55, N80, L80 или P110, используется для изоляции нестабильных пластов и зон с переменным давлением, с типичным диаметром 13 3/8 дюйма, 11 3/4 дюйма или 9 5/8 дюйма. .

③Производственный корпус: Эксплуатационная колонна, изготовленная из высококачественной стали марок API J55, N80, L80, P110 или Q125, рассчитана на выдерживание производственного давления и обычно имеет диаметры 9 5/8 дюйма, 7 дюймов или 5 1/2 дюйма.

④Корпус вкладыша: Втулки удлиняют ствол скважины вглубь пласта, используя такие материалы, как классы API L80, N80 или P110, с типичными диаметрами 7 дюймов, 5 дюймов или 4 1/2 дюйма.

⑤Трубки: Трубопроводы, предназначенные для транспортировки углеводородов на поверхность, имеют классы API J55, L80 или P110 и доступны диаметром 4 1/2 дюйма, 3 1/2 дюйма или 2 7/8 дюйма.

IV. Бурильная труба

1. Классификация и назначение труб для буровых инструментов.

Квадратная бурильная труба, бурильная труба, утяжеленная бурильная труба и воротник бурения в буровых инструментах образуют бурильную трубу. Бурильная труба является инструментом для кернового бурения, который перемещает буровую коронку от земли до дна скважины, а также является каналом от земли до дна скважины. Она имеет три основные роли:

① Для передачи крутящего момента на сверло для сверления;

② Чтобы ослабить давление горной породы на дне скважины, опираться на свой вес на буровое долото;

③ Для транспортировки промывочной жидкости, то есть бурового раствора через землю с помощью буровых насосов высокого давления, буровой колонны в поток скважины в забой скважины для промывки обломков породы и охлаждения бурового долота, а также переноса обломков породы. через внешнюю поверхность колонны и стенку скважины между затрубным пространством, чтобы вернуться на землю, чтобы достичь цели бурения скважины.

Бурильная труба используется в процессе бурения, чтобы выдерживать различные сложные знакопеременные нагрузки, такие как растяжение, сжатие, кручение, изгиб и другие напряжения. Внутренняя поверхность также подвергается воздействию промывочной жидкости под высоким давлением и коррозии.
(1) Квадратная бурильная труба: Квадратные бурильные трубы бывают двух типов: четырехугольные и шестиугольные. В китайских нефтяных бурильных трубах каждый комплект бурильных колонн обычно использует бурильную трубу четырехугольного типа. Ее характеристики: 63,5 мм (2-1/2 дюйма), 88,9 мм (3-1/2 дюйма), 107,95 мм (4-1/4 дюйма), 133,35 мм (5-1/4 дюйма), 152,4 мм (6 дюймов) и т. д. Используемая длина обычно составляет 1214,5 м.
(2) Бурильная труба: Бурильная труба является основным инструментом для бурения скважин, соединенным с нижним концом квадратной бурильной трубы, и по мере того, как буровая скважина продолжает углубляться, бурильная труба продолжает удлинять бурильную колонну одну за другой. Технические характеристики бурильной трубы следующие: 60,3 мм (2-3/8 дюйма), 73,03 мм (2-7/8 дюйма), 88,9 мм (3-1/2 дюйма), 114,3 мм (4-1/2 дюйма), 127 мм (5 дюймов), 139,7 мм (5-1/2 дюйма) и так далее.
(3) Бурильная труба для тяжелых условий эксплуатации: Утяжеленная бурильная труба представляет собой переходный инструмент, соединяющий бурильную трубу и утяжеленную бурильную трубу, который позволяет улучшить силовое состояние бурильной трубы и увеличить давление на буровое долото. Основные характеристики утяжеленной бурильной трубы: 88,9 мм (3-1/2 дюйма) и 127 мм (5 дюймов).
(4) Удлинитель: Утяжеленная бурильная труба соединена с нижней частью бурильной трубы, которая представляет собой специальную толстостенную трубу с высокой жесткостью. Она оказывает давление на буровую коронку для разрушения породы и играет направляющую роль при бурении прямой скважины. Обычные спецификации утяжеленных бурильных труб: 158,75 мм (6-1/4 дюйма), 177,85 мм (7 дюймов), 203,2 мм (8 дюймов), 228,6 мм (9 дюймов) и т. д.

В. Линейная труба

1. Классификация линейных труб

Линейная труба используется в нефтегазовой промышленности для транспортировки нефти, очищенной нефти, природного газа и водопроводов с аббревиатурой стальная труба. Транспортировка нефти и газа по трубопроводам делится на магистральные, ответвления и городские трубопроводные сети. Три вида магистральных трубопроводных передач имеют обычные спецификации ∅406 ~ 1219 мм, толщину стенки 10 ~ 25 мм, марку стали X42 ~ X80; ответвления трубопровода и городские трубопроводные сети обычно имеют спецификации для ∅114 ~ 700 мм, толщину стенки 6 ~ 20 мм, марку стали для X42 ~ X80. Марка стали X42～X80. Линейная труба доступна в сварном и бесшовном типах. Сварная линейная труба используется чаще, чем бесшовная линейная труба.

2. Стандарт линейной трубы

API Spec 5L – Спецификация для линейных труб
ISO 3183 – Нефтяная и газовая промышленность. Стальные трубы для систем трубопроводного транспорта

3. PSL1 и PSL2

PSL — это аббревиатура для уровень спецификации продукта. Уровень спецификации продукции линейной трубы делится на PSL 1 и PSL 2, а уровень качества делится на PSL 1 и PSL 2. PSL 2 выше, чем PSL 1; два уровня спецификации не только имеют разные требования к испытаниям, но и требования к химическому составу и механическим свойствам, поэтому в соответствии с приказом API 5L условия контракта, помимо указания спецификаций, марки стали и других общих показателей, также должны указывать уровень спецификации продукта, то есть PSL 1 или PSL 2. PSL 2 по химическому составу, свойствам при растяжении, ударной силе, неразрушающему контролю и другим показателям строже, чем PSL 1.

4. Марка стали, химический состав и механические свойства трубопроводных труб.

Сорта стали для магистральных труб от низких до высоких делятся на A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 и X80. Подробный химический состав и механические свойства см. в спецификации API 5L, 46-е издание книги.

5. Требования к гидростатическим испытаниям и неразрушающему контролю трубопроводов.

Линейные трубы должны проходить гидравлические испытания по каждой ветке, а стандарт не допускает неразрушающего создания гидравлического давления, что также является большой разницей между стандартом API и нашими стандартами. PSL 1 не требует неразрушающего испытания; PSL 2 должен проводить неразрушающие испытания по каждой ветке.

VI. Премиум-соединения

1. Введение Премиум-подключений

Premium Connection — это трубная резьба с уникальной структурой, которая отличается от резьбы API. Хотя существующая резьбовая нефтяная обсадная колонна API широко используется при эксплуатации нефтяных скважин, ее недостатки отчетливо проявляются в уникальных условиях некоторых нефтяных месторождений: круглая резьбовая трубная колонна API, хотя ее уплотнительные характеристики лучше, растягивающее усилие, выдерживаемое резьбовой частью, эквивалентно только 60%–80% прочности корпуса трубы, и поэтому ее нельзя использовать при эксплуатации глубоких скважин; трапециевидная резьбовая трубная колонна API, хотя ее прочность на растяжение намного выше, чем у круглого резьбового соединения API, ее уплотнительные характеристики не так хороши. Хотя прочность на растяжение колонны намного выше, чем у круглого резьбового соединения API, ее уплотнительные характеристики не очень хороши, поэтому ее нельзя использовать при эксплуатации газовых скважин высокого давления; Кроме того, резьбовая смазка может выполнять свою функцию только в среде с температурой ниже 95℃, поэтому ее нельзя использовать при эксплуатации высокотемпературных скважин.

По сравнению с соединениями с круглой резьбой API и частичной трапециевидной резьбой соединение премиум-класса достигло революционного прогресса в следующих аспектах:

(1) Хорошая герметизация благодаря эластичности и конструкции металлической уплотнительной конструкции делает газовое уплотнение соединения устойчивым к достижению предела тела НКТ в пределах давления текучести;

(2) Высокая прочность соединения, соединяющегося со специальной пряжкой масляного кожуха, прочность соединения достигает или превышает прочность корпуса НКТ, что позволяет фундаментально решить проблему проскальзывания;

(3) Благодаря выбору материала и совершенствованию процесса обработки поверхности в основном решена проблема прилипания пряжки;

(4) Путем оптимизации конструкции, чтобы распределение напряжений в соединениях было более разумным и более способствовало устойчивости к коррозии под напряжением;

(5) Благодаря разумной конструкции плеча, операция застежки на операции становится более доступной.

Нефтегазовая промышленность может похвастаться более чем 100 запатентованными соединениями премиум-класса, представляющими собой значительные достижения в технологии труб. Эти специализированные конструкции резьбы обеспечивают превосходные возможности уплотнения, повышенную прочность соединения и повышенную устойчивость к воздействию окружающей среды. Решая такие проблемы, как высокое давление, коррозионные среды и экстремальные температуры, эти инновации обеспечивают превосходную надежность и эффективность в нефтебезопасных операциях по всему миру. Постоянные исследования и разработки в области соединений премиум-класса подчеркивают их ключевую роль в поддержке более безопасных и производительных методов бурения, отражая постоянную приверженность технологическому совершенству в энергетическом секторе.

Соединение VAM®: Соединения VAM®, известные своей надежной работой в сложных условиях эксплуатации, отличаются передовой технологией уплотнения металл-металл и возможностью высокого крутящего момента, обеспечивая надежную работу в глубоких скважинах и пластах высокого давления.

Серия клинов TenarisHydril: В этой серии представлен ряд соединений, таких как Blue®, Dopeless® и Wedge 521®, известных своей исключительной газонепроницаемостью и устойчивостью к силам сжатия и растяжения, что повышает эксплуатационную безопасность и эффективность.

ТТГ® Синий: В соединениях TSH® Blue, разработанных компанией Tenaris, используется запатентованная конструкция с двойным буртиком и высокопроизводительный профиль резьбы, обеспечивающий превосходную усталостную прочность и простоту свинчивания в критических условиях бурения.

Соединение Grant Prideco™ XT®: Разработанные компанией NOV соединения XT® включают в себя уникальное уплотнение металл-металл и прочную форму резьбы, обеспечивающую превосходную крутящую способность и устойчивость к истиранию, тем самым продлевая срок службы соединения.

Соединение Hunting Seal-Lock®: Соединение Seal-Lock® от Hunting, обладающее уплотнением «металл-металл» и уникальным профилем резьбы, известно своей превосходной устойчивостью к давлению и надежностью как при бурении на суше, так и на море.

Заключение

В заключение следует отметить, что сложная сеть стальных труб, имеющих решающее значение для нефтегазовой промышленности, охватывает широкий спектр специализированного оборудования, предназначенного для выдерживания суровых условий и сложных эксплуатационных требований. От фундаментных обсадных труб, которые поддерживают и защищают здоровые стенки, до универсальных труб, используемых в процессах добычи и закачки, каждый тип труб служит определенной цели в разведке, добыче и транспортировке углеводородов. Такие стандарты, как спецификации API, обеспечивают единообразие и качество по всем этим трубам, в то время как инновации, такие как премиальные соединения, повышают производительность в сложных условиях. По мере развития технологий эти критически важные компоненты совершенствуются, обеспечивая эффективность и надежность в глобальных энергетических операциях. Понимание этих труб и их спецификаций подчеркивает их незаменимую роль в инфраструктуре современного энергетического сектора.