Khám phá vai trò quan trọng của ống thép trong thăm dò dầu khí

I. Kiến thức cơ bản về đường ống cho ngành dầu khí

1. Giải thích thuật ngữ

API: Viết tắt của Viện Dầu khí Hoa Kỳ.
OCTG: Viết tắt của Hàng hóa dạng ống dầu Quốc gia, bao gồm Ống vỏ dầu, Ống dầu, Ống khoan, Cổ khoan, Mũi khoan, Thanh hút, khớp nối con chó con, v.v.
Ống dầu: Ống được sử dụng trong các giếng dầu để khai thác dầu, khai thác khí, phun nước và bẻ gãy axit.
Vỏ: Ống được hạ từ mặt đất xuống lỗ khoan làm lớp lót để chống sập tường.
Ống khoan: Ống dùng để khoan lỗ khoan.
Đường ống: Ống dùng để vận chuyển dầu hoặc khí đốt.
Khớp nối: Xi lanh dùng để nối hai ống ren bằng ren trong.
Vật liệu ghép: Ống dùng để sản xuất khớp nối.
Chủ đề API: Các ren ống được chỉ định theo tiêu chuẩn API 5B, bao gồm các ren tròn của ống dầu, các ren tròn ngắn của vỏ, các ren tròn dài của vỏ, các ren hình thang một phần của vỏ, các ren của đường ống, v.v.
Kết nối cao cấp: Các luồng không phải API có thuộc tính niêm phong đặc biệt, thuộc tính kết nối và các thuộc tính khác.
Thất bại: biến dạng, gãy, hư hỏng bề mặt và mất chức năng ban đầu trong các điều kiện sử dụng cụ thể.
Các hình thức thất bại chính: nghiền, trượt, vỡ, rò rỉ, ăn mòn, liên kết, mài mòn, v.v.

2. Tiêu chuẩn liên quan đến dầu khí

API Spec 5B, Phiên bản thứ 17 – Đặc điểm kỹ thuật để tạo ren, đo và kiểm tra ren của ren vỏ, ống và ống dẫn
API Spec 5L, Phiên bản thứ 46 – Đặc điểm kỹ thuật cho đường ống
API Spec 5CT, Phiên bản thứ 11 – Đặc điểm kỹ thuật cho vỏ và ống
API Spec 5DP, Phiên bản thứ 7 – Đặc điểm kỹ thuật cho ống khoan
Thông số API 7-1, Phiên bản thứ 2 – Đặc điểm kỹ thuật cho các bộ phận thân máy khoan quay
Thông số API 7-2, Phiên bản thứ 2 – Đặc điểm kỹ thuật để tạo ren và đo các kết nối ren có vai quay
API Spec 11B, Phiên bản thứ 24 – Đặc điểm kỹ thuật cho Thanh mút, Thanh và lớp lót được đánh bóng, Khớp nối, Thanh chìm, Kẹp thanh được đánh bóng, Hộp nhồi và Ống bơm
ISO 3183:2019 – Công nghiệp dầu mỏ và khí đốt tự nhiên – Ống thép cho hệ thống vận chuyển đường ống
ISO 11960:2020 – Công nghiệp dầu mỏ và khí đốt tự nhiên – Ống thép dùng làm vỏ hoặc ống cho giếng
NACE MR0175 / ISO 15156:2020 – Công nghiệp dầu mỏ và khí đốt tự nhiên – Vật liệu sử dụng trong môi trường chứa H2S trong sản xuất dầu khí

II. ống dầu

1. Phân loại ống dầu

Ống dầu được chia thành Ống dầu không bị xáo trộn (NU), Ống dầu bị xáo trộn bên ngoài (EU) và Ống dầu liên kết tích hợp (IJ). Ống dầu NU có nghĩa là đầu ống có độ dày bình thường và trực tiếp quay ren và đưa các khớp nối. Ống lộn ngược có nghĩa là hai đầu của cả hai ống đều được đảo ngược bên ngoài, sau đó được luồn và ghép nối. Ống nối liền có nghĩa là một đầu của ống được nối với ren ngoài và đầu còn lại được nối với ren trong và được kết nối trực tiếp mà không cần khớp nối.

2. Chức năng của ống dẫn dầu

① Khai thác dầu khí: sau khi các giếng dầu khí được khoan và trát xi măng, ống được đặt vào vỏ dầu để hút dầu khí xuống lòng đất.
② Phun nước: khi áp suất lỗ khoan không đủ, bơm nước vào giếng qua ống.
③ Phun hơi: Trong thu hồi nóng dầu dày, hơi nước phải được đưa vào giếng bằng ống dẫn dầu cách nhiệt.
④ Axit hóa và bẻ gãy: Trong giai đoạn cuối của quá trình khoan giếng hoặc để cải thiện việc sản xuất giếng dầu khí, cần phải đưa môi trường axit hóa và bẻ gãy hoặc vật liệu đóng rắn vào lớp dầu khí, còn môi trường và vật liệu đóng rắn là vận chuyển qua ống dẫn dầu.

3. Lớp thép ống dầu

Các loại thép của ống dầu là H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
N80 được chia thành N80-1 và N80Q, cả hai đều có đặc tính kéo giống nhau, hai điểm khác biệt là trạng thái phân phối và sự khác biệt về hiệu suất tác động, phân phối N80-1 theo trạng thái chuẩn hóa hoặc khi nhiệt độ cán cuối cùng lớn hơn nhiệt độ tới hạn Ar3 và giảm độ căng sau khi làm mát không khí và có thể được sử dụng để tìm cán nóng thay vì chuẩn hóa, không cần thử nghiệm va đập và không phá hủy; N80Q phải được tôi luyện (dập tắt và tôi luyện) Xử lý nhiệt, chức năng va đập phải phù hợp với quy định của API 5CT và phải được thử nghiệm không phá hủy.
L80 được chia thành L80-1, L80-9Cr và L80-13Cr. Tính chất cơ học và trạng thái giao hàng của chúng là như nhau. Sự khác biệt về cách sử dụng, độ khó sản xuất và giá cả, L80-1 đối với loại thông thường, L80-9Cr và L80-13Cr là loại ống có khả năng chống ăn mòn cao, khó sản xuất, đắt tiền và thường được sử dụng trong các giếng ăn mòn nặng.
C90 và T95 được chia thành 1 và 2 loại, cụ thể là C90-1, C90-2 và T95-1, T95-2.

4. Ống dầu Loại thép thường được sử dụng, Tên thép và Tình trạng giao hàng

J55 (37Mn5) Ống dầu NU: Cán nóng thay vì chuẩn hóa
J55 (37Mn5) Ống dầu EU: Chuẩn hóa toàn bộ chiều dài sau khi đảo lộn
Ống dầu NU N80-1 (36Mn2V): Cán nóng thay vì chuẩn hóa
Ống dầu EU N80-1 (36Mn2V): Chuẩn hóa toàn bộ chiều dài sau khi đảo lộn
Ống dầu N80-Q (30Mn5): 30Mn5, Nhiệt độ toàn bộ
Ống dầu L80-1 (30Mn5): 30Mn5, Nhiệt độ toàn bộ
Ống dầu P110 (25CrMnMo): 25CrMnMo, Nhiệt độ toàn bộ
Khớp nối J55 (37Mn5): Cán nóng trực tuyến Chuẩn hóa
Khớp nối N80 (28MnTiB): Nhiệt độ toàn thời gian
Khớp nối L80-1 (28MnTiB): Cường lực toàn phần
Khớp nối P110 (25CrMnMo): Nhiệt độ toàn thời gian

III. Ống vỏ

1. Phân loại và vai trò của vỏ bọc

Vỏ là ống thép đỡ thành giếng dầu khí. Một số lớp vỏ được sử dụng trong mỗi giếng tùy theo độ sâu khoan và điều kiện địa chất khác nhau. Xi măng được sử dụng để xi măng vỏ sau khi hạ xuống giếng, và không giống như ống dầu và ống khoan, nó không thể được tái sử dụng và thuộc về vật liệu tiêu hao dùng một lần. Vì vậy, việc tiêu thụ vỏ bọc chiếm hơn 70% tổng số ống dẫn dầu. Vỏ có thể được chia thành vỏ dây dẫn, vỏ trung gian, vỏ sản xuất và vỏ lót theo mục đích sử dụng và cấu trúc của chúng trong giếng dầu được thể hiện trong Hình 1.

①Vỏ dây dẫn: Thông thường sử dụng các loại API K55, J55 hoặc H40, vỏ dây dẫn giúp ổn định đầu giếng và cách ly các tầng ngậm nước nông có đường kính thường khoảng 20 inch hoặc 16 inch.

②Vỏ trung gian: Vỏ trung gian, thường được làm từ các loại API K55, N80, L80 hoặc P110, được sử dụng để cách ly các thành tạo không ổn định và các vùng áp suất khác nhau, với đường kính điển hình là 13 3/8 inch, 11 3/4 inch hoặc 9 5/8 inch .

③Vỏ sản xuất: Được chế tạo từ thép cao cấp như các loại API J55, N80, L80, P110 hoặc Q125, vỏ sản xuất được thiết kế để chịu được áp lực sản xuất, thường có đường kính 9 5/8 inch, 7 inch hoặc 5 1/2 inch.

④Vỏ lót: Lớp lót mở rộng giếng khoan vào bể chứa, sử dụng các vật liệu như API cấp L80, N80 hoặc P110, với đường kính điển hình là 7 inch, 5 inch hoặc 4 1/2 inch.

⑤Ống: Ống vận chuyển hydrocarbon lên bề mặt, sử dụng các loại API J55, L80 hoặc P110 và có các đường kính 4 1/2 inch, 3 1/2 inch hoặc 2 7/8 inch.

IV. Ống khoan

1. Phân loại và chức năng của ống dùng cho dụng cụ khoan

Ống khoan vuông, ống khoan, ống khoan có trọng lượng và vòng đệm khoan trong dụng cụ khoan tạo thành ống khoan. Ống khoan là dụng cụ khoan lõi dẫn động mũi khoan từ mặt đất xuống đáy giếng, đồng thời nó cũng là đường dẫn từ mặt đất đến đáy giếng. Nó có ba vai trò chính:

① Để truyền mô-men xoắn để dẫn động mũi khoan;

② Dựa vào trọng lượng của mũi khoan để phá vỡ áp lực của đá đáy giếng;

③ Để vận chuyển dung dịch rửa, nghĩa là khoan bùn qua mặt đất thông qua máy bơm bùn áp suất cao, cột khoan vào lỗ khoan chảy vào đáy giếng để xả các mảnh vụn đá và làm mát mũi khoan, và mang các mảnh vụn đá xuyên qua mặt ngoài của cột và thành giếng giữa hình khuyên để quay trở lại mặt đất, nhằm đạt được mục đích khoan giếng.

Ống khoan trong quá trình khoan có thể chịu được nhiều loại tải trọng xen kẽ phức tạp như kéo, nén, xoắn, uốn và các ứng suất khác, bề mặt bên trong cũng chịu sự xói mòn và ăn mòn bùn áp suất cao.
(1) Ống khoan vuông: Ống khoan vuông có hai loại là loại hình tứ giác và loại hình lục giác, ống khoan dầu khí của Trung Quốc mỗi bộ trụ khoan thường sử dụng ống khoan loại hình tứ giác. Thông số kỹ thuật của nó là 63,5mm (2-1/2 inch), 88,9mm (3-1/2 inch), 107,95mm (4-1/4 inch), 133,35mm (5-1/4 inch), 152,4mm (6 inch) v.v. Thông thường, chiều dài sử dụng là 12 ~ 14,5m.
(2) Ống khoan: Ống khoan là công cụ chính để khoan giếng, được nối với đầu dưới của ống khoan vuông, khi giếng khoan tiếp tục đào sâu, ống khoan tiếp tục kéo dài cột khoan lần lượt. Thông số kỹ thuật của ống khoan là: 60,3mm (2-3/8 inch), 73,03mm (2-7/8 inch), 88,9mm (3-1/2 inch), 114,3mm (4-1/2 inch) , 127mm (5 inch), 139,7mm (5-1/2 inch), v.v.
(3) Ống khoan hạng nặng: Ống khoan có trọng lượng là một công cụ chuyển tiếp nối ống khoan và vòng khoan, có thể cải thiện tình trạng lực của ống khoan và tăng áp lực lên mũi khoan. Thông số kỹ thuật chính của ống khoan có trọng lượng là 88,9mm (3-1/2 inch) và 127mm (5 inch).
(4) Cổ khoan: cổ khoan được nối với phần dưới của ống khoan là loại ống có thành dày đặc biệt, có độ cứng cao, tạo áp lực lên mũi khoan để phá đá và đóng vai trò dẫn hướng khi khoan giếng thẳng. Thông số kỹ thuật phổ biến của vòng cổ máy khoan là 158,75mm (6-1/4 inch), 177,85mm (7 inch), 203,2mm (8 inch), 228,6mm (9 inch), v.v.

V. Đường ống

1. Phân loại đường ống

Đường ống được sử dụng trong ngành dầu khí để truyền tải các đường ống dẫn dầu, dầu tinh chế, khí đốt tự nhiên và nước với tên viết tắt là ống thép. Đường ống dẫn dầu và khí đốt chủ yếu được chia thành đường ống chính, đường ống nhánh và đường ống mạng lưới đường ống đô thị, ba loại đường ống chính truyền dẫn có thông số kỹ thuật thông thường cho ∅406 ~ 1219mm, độ dày thành 10 ~ 25 mm, loại thép X42 ~ X80 ; Đường ống nhánh và đường ống mạng lưới đường ống đô thị thường có thông số kỹ thuật cho ∅114 ~ 700mm, độ dày thành 6 ~ 20 mm, cấp thép cho X42 ~ X80. Mác thép là X42～X80. Đường ống có sẵn ở dạng hàn và loại liền mạch. Đường ống hàn được sử dụng nhiều hơn Đường ống liền mạch.

2. Tiêu chuẩn đường ống

API Spec 5L – Đặc điểm kỹ thuật cho đường ống
ISO 3183 – Công nghiệp dầu mỏ và khí đốt tự nhiên – Ống thép cho hệ thống vận chuyển đường ống

3. PSL1 và PSL2

PSL là tên viết tắt của Cấp độ đặc điểm kỹ thuật sản phẩm. Cấp thông số kỹ thuật của sản phẩm đường ống được chia thành PSL 1 và PSL 2, cũng có thể nói rằng cấp chất lượng được chia thành PSL 1 và PSL 2. PSL 2 cao hơn PSL 1, 2 cấp thông số kỹ thuật không chỉ có các yêu cầu kiểm tra khác nhau, nhưng các yêu cầu về thành phần hóa học và tính chất cơ học là khác nhau, do đó, theo thứ tự API 5L, các điều khoản của hợp đồng ngoài việc chỉ định các thông số kỹ thuật, mác thép và các chỉ số chung khác mà còn phải chỉ rõ mức Thông số kỹ thuật của sản phẩm, nghĩa là PSL 1 hoặc PSL 2. PSL 2 về thành phần hóa học, đặc tính kéo, độ va đập, thử nghiệm không phá hủy và các chỉ số khác nghiêm ngặt hơn PSL 1.

4. Cấp thép ống, thành phần hóa học và tính chất cơ học

Mác thép ống từ thấp đến cao được chia thành: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 và X80. Để biết chi tiết về Thành phần hóa học và tính chất cơ học, vui lòng tham khảo Thông số kỹ thuật API 5L, Sách ấn bản thứ 46.

5. Yêu cầu kiểm tra thủy tĩnh đường ống và kiểm tra không phá hủy

Đường ống phải được thực hiện thử nghiệm thủy lực từng nhánh và tiêu chuẩn không cho phép tạo áp suất thủy lực không phá hủy, đây cũng là điểm khác biệt lớn giữa tiêu chuẩn API và tiêu chuẩn của chúng tôi. PSL 1 không yêu cầu thử nghiệm không phá hủy, PSL 2 phải là thử nghiệm không phá hủy theo từng nhánh.

VI. Kết nối cao cấp

1. Giới thiệu Kết nối Cao cấp

Premium Connection là một pipe thread có cấu trúc đặc biệt khác với thread API. Mặc dù vỏ dầu có ren API hiện có được sử dụng rộng rãi trong khai thác giếng dầu, nhưng những nhược điểm của nó vẫn được thể hiện rõ ràng trong môi trường đặc biệt của một số mỏ dầu: cột ống ren tròn API, mặc dù hiệu suất bịt kín của nó tốt hơn nhưng lực kéo do ren tạo ra. một phần chỉ tương đương với 60% đến 80% độ bền của thân ống nên không thể sử dụng trong việc khai thác giếng sâu; cột ống ren hình thang thiên vị API, mặc dù hiệu suất kéo của nó cao hơn nhiều so với kết nối ren tròn API, nhưng hiệu suất bịt kín của nó không tốt lắm. Mặc dù hiệu suất kéo của cột cao hơn nhiều so với kết nối ren tròn API nhưng hiệu suất bịt kín của cột không tốt lắm nên không thể sử dụng trong khai thác giếng khí áp suất cao; Ngoài ra, mỡ ren chỉ phát huy tác dụng trong môi trường có nhiệt độ dưới 95oC nên không thể sử dụng trong việc khai thác giếng nhiệt độ cao.

So với kết nối ren tròn API và kết nối ren hình thang một phần, kết nối cao cấp đã có những tiến bộ đột phá về các khía cạnh sau:

(1) Độ kín tốt, thông qua thiết kế cấu trúc đệm đàn hồi và kim loại, làm cho khả năng bịt kín khí khớp có khả năng đạt đến giới hạn của thân ống trong áp suất chảy;

(2) Độ bền kết nối cao, kết nối với kết nối khóa đặc biệt của vỏ dầu, cường độ kết nối của nó đạt hoặc vượt quá độ bền của thân ống, để giải quyết vấn đề trượt một cách cơ bản;

(3) Bằng cách cải tiến quy trình lựa chọn Vật liệu và xử lý bề mặt, về cơ bản đã giải quyết được vấn đề khóa dính chỉ;

(4) Thông qua việc tối ưu hóa cấu trúc, để phân bố ứng suất chung hợp lý hơn và có lợi hơn cho khả năng chống ăn mòn ứng suất;

(5) Thông qua cấu trúc vai được thiết kế hợp lý, để thao tác khóa trên thao tác được thực hiện dễ dàng hơn.

Hiện tại, ngành dầu khí tự hào có hơn 100 kết nối cao cấp được cấp bằng sáng chế, thể hiện những tiến bộ đáng kể trong công nghệ đường ống. Những thiết kế ren chuyên dụng này mang lại khả năng bịt kín vượt trội, tăng độ bền kết nối và tăng cường khả năng chống chịu áp lực môi trường. Bằng cách giải quyết các thách thức như áp suất cao, môi trường ăn mòn và nhiệt độ khắc nghiệt, những cải tiến này đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả cao hơn trong hoạt động khai thác giếng dầu trên toàn thế giới. Nghiên cứu và phát triển liên tục trong các kết nối cao cấp nhấn mạnh vai trò then chốt của chúng trong việc hỗ trợ các hoạt động khoan an toàn hơn và hiệu quả hơn, phản ánh cam kết liên tục về sự xuất sắc về công nghệ trong lĩnh vực năng lượng.

Kết nối VAM®: Được biết đến với hiệu suất mạnh mẽ trong môi trường đầy thách thức, kết nối VAM® có công nghệ hàn kín kim loại với kim loại tiên tiến và khả năng mô-men xoắn cao, đảm bảo hoạt động đáng tin cậy trong giếng sâu và bể chứa áp suất cao.

Dòng nêm TenarisHydril: Dòng sản phẩm này cung cấp một loạt các kết nối như Blue®, Dopeless® và Wedge 521®, được biết đến với khả năng bịt kín khí đặc biệt và khả năng chống lại lực nén và lực căng, nâng cao hiệu quả và an toàn khi vận hành.

TSH® Xanh: Được thiết kế bởi Tenaris, các kết nối TSH® Blue sử dụng thiết kế hai vai độc quyền và cấu hình ren hiệu suất cao, mang lại khả năng chống mỏi tuyệt vời và dễ dàng trang điểm trong các ứng dụng khoan quan trọng.

Kết nối Grant Prideco™ XT®: Được thiết kế bởi NOV, các kết nối XT® kết hợp vòng đệm kim loại với kim loại độc đáo và dạng ren chắc chắn, đảm bảo công suất mô-men xoắn vượt trội và khả năng chống mòn, nhờ đó kéo dài tuổi thọ hoạt động của kết nối.

Săn Seal-Lock® Kết nối: Với vòng đệm kim loại với kim loại và cấu hình ren độc đáo, kết nối Seal-Lock® của Hunting nổi tiếng với khả năng chịu áp lực vượt trội và độ tin cậy trong cả hoạt động khoan trên bờ và ngoài khơi.

Phần kết luận

Tóm lại, mạng lưới đường ống phức tạp quan trọng đối với ngành dầu khí bao gồm một loạt các thiết bị chuyên dụng được thiết kế để chịu được môi trường khắc nghiệt và nhu cầu vận hành phức tạp. Từ các ống vỏ nền tảng hỗ trợ và bảo vệ thành giếng đến ống đa năng được sử dụng trong quá trình chiết và phun, mỗi loại ống phục vụ một mục đích riêng biệt trong việc thăm dò, sản xuất và vận chuyển hydrocarbon. Các tiêu chuẩn như thông số kỹ thuật API đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng trên các đường ống này, trong khi những cải tiến như kết nối cao cấp sẽ nâng cao hiệu suất trong các điều kiện đầy thách thức. Khi công nghệ phát triển, các thành phần quan trọng này tiếp tục phát triển, thúc đẩy hiệu quả và độ tin cậy trong hoạt động năng lượng toàn cầu. Việc hiểu rõ các đường ống này và thông số kỹ thuật của chúng sẽ nhấn mạnh vai trò không thể thiếu của chúng trong cơ sở hạ tầng của ngành năng lượng hiện đại.