Трубы OCTGВ основном используются для бурения нефтяных и газовых скважин и транспортировки нефти и газа. К ним относятся бурильные трубы, обсадные трубы и трубы для добычи нефти.Трубы OCTGВ основном используются для соединения бурильных колонн и буровых долот, а также для передачи мощности бурения.Обсадная труба используется главным образом для поддержки ствола скважины во время бурения и после его завершения, обеспечивая нормальную работу всей нефтяной скважины как в процессе бурения, так и после его завершения. Нефть и газ на забое нефтяной скважины в основном транспортируются на поверхность с помощью нефтенасосной трубы.
Обсадная труба является жизненно важным элементом для поддержания работоспособности нефтяных скважин. Из-за различных геологических условий напряженное состояние под землей является сложным, а совокупное воздействие растяжения, сжатия, изгиба и кручения на обсадную трубу предъявляет высокие требования к ее качеству. Повреждение обсадной трубы по какой-либо причине может привести к снижению добычи или даже к выводу скважины из эксплуатации.
В зависимости от прочности самой стали, обсадная труба может быть разделена на различные марки, а именно J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110, Q125, V150 и др. Марка используемой стали варьируется в зависимости от условий скважины и глубины. В агрессивных средах также требуется, чтобы сама обсадная труба обладала коррозионной стойкостью. В районах со сложными геологическими условиями также требуется, чтобы обсадная труба обладала противоразрушающими свойствами.
I. Базовые знания о трубах OCTG
1. Пояснение к специализированным терминам, связанным с нефтепроводами.
API: это аббревиатура от American Petroleum Institute (Американский нефтяной институт).
OCTG: Это аббревиатура от Oil Country Tubular Goods (трубопроводная продукция для нефтедобычи), что означает трубы, предназначенные для конкретных видов нефтедобычи, включая готовые обсадные трубы, бурильные трубы, бурильные колонны, обручи, короткие фитинги и так далее.
Нефтепроводы: Трубы, используемые в нефтяных скважинах для добычи нефти, добычи газа, закачки воды и кислотного гидроразрыва пласта.
Обсадная труба: Труба, которая опускается с поверхности земли в пробуренную скважину в качестве облицовки для предотвращения обрушения стенки скважины.
Бурильная труба: Труба, используемая для бурения скважин.
Трубопровод: Труба, используемая для транспортировки нефти или газа.
Стопорные кольца: цилиндры, используемые для соединения двух труб с внутренней резьбой.
Материал муфты: Трубы, используемые для изготовления муфт.
Резьба API: Трубная резьба, указанная в стандарте API 5B, включая круглую резьбу для нефтепроводов, короткую круглую резьбу для обсадных труб, длинную круглую резьбу для обсадных труб, трапецеидальную резьбу со смещением для обсадных труб, резьбу для трубопроводов и т. д.
Специальная пряжка: Резьба, не соответствующая стандарту API, со специальными герметизирующими, соединительными и другими свойствами.
Разрушение: деформация, излом, повреждение поверхности и потеря первоначальной функциональности в определенных условиях эксплуатации. Основные виды разрушения обсадных труб: выдавливание, проскальзывание, разрыв, утечка, коррозия, слипание, износ и т. д.
2. Стандарты, связанные с нефтью
API 5CT: Спецификация на обсадные и трубные трубы (в настоящее время последняя версия 8-го издания)
API 5D: Спецификация на бурильные трубы (последняя версия 5-го издания)
API 5L: Спецификация на стальные трубопроводные трубы (последняя версия 44-го издания)
API 5B: Спецификация на механическую обработку, измерение и контроль резьбы в обсадных трубах, нефтепроводах и трубопроводах.
GB/T 9711.1-1997: Технические условия поставки стальных труб для транспортировки в нефтегазовой отрасли. Часть 1: Стальные трубы класса А.
GB/T9711.2-1999: Технические условия поставки стальных труб для транспортировки в нефтегазовой отрасли. Часть 2: Стальные трубы класса B.
GB/T9711.3-2005: Технические условия поставки стальных труб для транспортировки нефти и природного газа. Часть 3: Стальные трубы класса С.
II. Нефтяная труба
1. Классификация нефтепроводов
Нефтепроводы делятся на трубы без утолщения (NU), трубы с внешним утолщением (EU) и трубы с цельным соединением. Трубы без утолщения — это трубы, концы которых имеют резьбу без утолщения и снабжены муфтой. Трубы с внешним утолщением — это трубы, концы которых имеют внешнее утолщение, затем на них нарезана резьба и установлены хомуты. Трубы с цельным соединением — это трубы, которые соединены напрямую без муфты, при этом один конец имеет внутреннюю утолщенную резьбу, а другой — внутреннюю утолщенную резьбу.
2. Роль трубок
①, добыча нефти и газа: после бурения и цементирования нефтяных и газовых скважин в обсадную трубу укладываются трубы для извлечения нефти и газа на поверхность.
②, закачка воды: если внутрискважинного давления недостаточно, вода закачивается в скважину через обсадную трубу.
③. Впрыск пара: В процессе термической добычи густой нефти пар подается в скважину по изолированным нефтепроводам.
(iv) Кислотная обработка и гидроразрыв пласта: На поздней стадии бурения скважин или для повышения добычи нефти и газа необходимо подавать в нефтегазовый пласт кислотную среду или отверждающий материал, которые транспортируются по нефтепроводу.
3. Марка стали нефтепровода
К маркам стали, используемой для изготовления нефтепроводов, относятся: H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
Сталь N80 подразделяется на N80-1 и N80Q. Обе стали обладают одинаковыми прочностными характеристиками, но различаются состоянием при поставке и ударной вязкостью. Сталь N80-1 поставляется в нормализованном состоянии или после охлаждения на воздухе при температуре прокатки выше критической температуры Ar3 и снижения напряжения. Она может использоваться в качестве альтернативы горячекатаной стали с нормализованными характеристиками, ударная вязкость и неразрушающий контроль не требуются. Сталь N80Q должна пройти термообработку (закалку и отпуск), ударная вязкость должна соответствовать требованиям API 5CT, и должна быть подвергнута неразрушающему контролю.
Сплав L80 подразделяется на L80-1, L80-9Cr и L80-13Cr. Их механические свойства и условия поставки одинаковы. Различия заключаются в применении, сложности производства и цене. L80-1 — это наиболее распространенный тип, а L80-9Cr и L80-13Cr — это трубы с высокой коррозионной стойкостью, но их производство сложнее, они дороже и обычно используются в скважинах с высокой коррозионной стойкостью.
C90 и T95 делятся на тип 1 и тип 2, то есть C90-1, C90-2 и T95-1, T95-2.
4. Наиболее часто используемые марки стали, класс и статус поставки нефтепроводов.
Марка стали. Статус поставки.
Нефтепровод J55, плоская труба из стали 37Mn5: горячекатаная, а не нормализованная.
Утолщенная нефтепроводная труба: полная длина нормализована после утолщения.
Трубка N80-1 36Mn2V Плоская трубка: горячекатаная, а не нормализованная
Утолщенная нефтепроводная труба: полная длина, нормализованная после утолщения.
Нефтепровод N80-Q 30Mn5, закаленный по всей длине
Масляная труба L80-1 30Mn5, закаленная по всей длине
Труба для масляной промышленности P110, закаленная по всей длине, из стали 25CrMnMo.
Соединение J55, горячекатаная сталь 37Mn5, нормализация в режиме онлайн.
Соединение N80, закалка 28MnTiB по всей длине
Соединение L80-1, закалка 28MnTiB по всей длине
Зажимы P110 из стали 25CrMnMo, закаленные по всей длине.
III. Корпус
1. Классификация и роль оболочки
Обсадная труба — это стальная труба, поддерживающая стенки нефтяных и газовых скважин. В каждой скважине используется несколько слоев обсадной трубы в зависимости от глубины бурения и геологических условий. После опускания обсадной трубы в скважину используется цемент, который, в отличие от нефтяных и бурильных труб, не подлежит повторному использованию и относится к одноразовым расходным материалам. Поэтому на обсадные трубы приходится более 70% всего объема труб для нефтяных скважин. Обсадные трубы можно разделить на: трубчатые, наземные, технические и нефтяные в зависимости от их назначения, а их конструкция в нефтяных скважинах показана на рисунке ниже.
2. Корпус проводника
В основном используется для бурения в океане и пустыне для отделения морской воды от песка, чтобы обеспечить бесперебойное бурение. Основные характеристики этого слоя обсадной трубы 2: Φ762 мм (30 дюймов) × 25,4 мм, Φ762 мм (30 дюймов) × 19,06 мм.
Обсадная труба поверхностного бурения: используется в основном для первого бурения, при котором буровой раствор проникает на поверхность рыхлых пластов до скального основания. Для предотвращения обрушения этой части пластов необходимо использовать поверхностную обсадную трубу. Основные размеры обсадных труб поверхностного бурения: 508 мм (20 дюймов), 406,4 мм (16 дюймов), 339,73 мм (13-3/8 дюймов), 273,05 мм (10-3/4 дюймов), 244,48 мм (9-5/9 дюймов) и др. Глубина заглубления трубы зависит от глубины залегания мягких пород. Глубина заглубления трубы зависит от глубины рыхлых пластов и обычно составляет 80–1500 м. Внешнее и внутреннее давление в ней невелико, и обычно используется сталь марки К55 или Н80.
3. Технический корпус
Технические обсадные трубы используются в процессе бурения сложных пластов. При обнаружении сложных участков, таких как обрушившиеся пласты, нефтяные, газовые, водные, проницаемые, солевые и т. д., необходимо установить технические обсадные трубы для герметизации, иначе бурение невозможно. Некоторые скважины глубокие и сложные, глубина которых достигает тысяч метров, поэтому для таких глубоких скважин требуется установка нескольких слоев технических обсадных труб. К их механическим свойствам и герметизирующим свойствам предъявляются очень высокие требования, а также используются более высокие марки стали. Помимо K55, чаще используются марки N80 и P110, а в некоторых глубоких скважинах применяются стали марки Q125 или даже более высокие марки, не соответствующие стандарту API, например, V150. Основные технические характеристики корпуса следующие: 339,73 мм (13-3/8 дюйма), 273,05 мм (10-3/4 дюйма), 244,48 мм (9-5/8 дюйма), 219,08 мм (8-5/8 дюйма), 193,68 мм (7-5/8 дюйма), 177,8 мм (7 дюймов) и так далее.
4. Масляный кожух
При бурении скважины до целевого пласта (пласта, содержащего нефть и газ) необходимо использовать обсадную трубу для герметизации нефтегазового пласта и верхних обнаженных пластов, при этом внутренняя часть обсадной трубы представляет собой нефтяной слой. К механическим свойствам и герметизирующим характеристикам обсадных труб всех типов, используемых в самых глубоких скважинах, предъявляются самые высокие требования. Для их изготовления используются стали марок K55, N80, P110, Q125, V150 и др. Основные размеры обсадных труб: 177,8 мм (7 дюймов), 168,28 мм (6-5/8 дюймов), 139,7 мм (5-1/2 дюймов), 127 мм (5 дюймов), 114,3 мм (4-1/2 дюймов) и др. Обсадные трубы используются в самых глубоких скважинах, и их механические характеристики и герметизирующие свойства являются самыми высокими.
V-образная бурильная труба
1. Классификация и роль труб в буровых инструментах
Квадратная бурильная труба, бурильная труба, утяжеленная бурильная труба и бурильная колонна в составе бурового инструмента образуют бурильную трубу. Бурильная труба является основным буровым инструментом, который приводит в движение буровое долото от земли до забоя скважины, а также служит каналом от земли до забоя скважины. Она выполняет три основные функции: ① передача крутящего момента для привода бурового долота; ② использование собственного веса для создания давления на буровое долото с целью разрушения породы на забое скважины; ③ транспортировка промывочной жидкости для скважины, то есть бурового раствора, через грунт с помощью насосов высокого давления в скважину, поступающей в бурильную колонну, чтобы вымыть обломки породы и охладить буровое долото, а также вынос обломков породы через кольцевое пространство между внешней поверхностью колонны и стенкой скважины обратно в грунт, тем самым обеспечивая бурение скважины. В процессе бурения бурильные трубы подвергаются воздействию различных сложных переменных нагрузок, таких как растяжение, сжатие, кручение, изгиб и другие напряжения, а их внутренняя поверхность также подвержена воздействию высоконапорного бурового раствора и коррозии.
(1) Квадратная бурильная труба: квадратная бурильная труба бывает двух типов: четырехугольной и шестиугольной формы. В Китае для бурения скважин обычно используются бурильные трубы четырехугольной формы. 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 так далее. Обычно используется длина 12-14,5 м.
(2) Бурильная труба: Бурильная труба является основным инструментом для бурения скважин, она соединяется с нижним концом квадратной бурильной трубы, и по мере углубления скважины бурильная труба продолжает удлинять бурильную колонну. Технические характеристики бурильных труб: 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 с утяжелителями: Бурильная труба с утяжелителями — это переходный инструмент, соединяющий бурильную трубу и бурильную колонну, который позволяет улучшить силовое воздействие на бурильную трубу, а также увеличить давление на бурильное долото. Основные характеристики бурильных труб с утяжелителями: 88,9 мм (3-1/2 дюйма) и 127 мм (5 дюймов).
(4) Бурильная колонна: бурильная колонна соединяется с нижней частью бурильной трубы и представляет собой специальную толстостенную трубу с высокой жесткостью, оказывающую давление на буровое долото для разрушения породы и выполняющую направляющую роль при бурении прямых скважин. Типичные размеры бурильных колонн: 158,75 мм (6-1/4 дюйма), 177,85 мм (7 дюймов), 203,2 мм (8 дюймов), 228,6 мм (9 дюймов) и так далее.
V. Труба трубопровода
1. Классификация трубопроводов
Трубы для трубопроводов используются в нефтегазовой отрасли для транспортировки нефти, нефтепродуктов, природного газа и воды. Транспортировка нефти и газа по трубопроводам в основном делится на три типа: магистральные, ответвленные и городские трубопроводные сети. Для магистральных трубопроводов стандартные характеристики: диаметр 406–1219 мм, толщина стенки 10–25 мм, марка стали X42–X80; для ответвленных и городских трубопроводных сетей стандартные характеристики: диаметр 114–700 мм, толщина стенки 6–20 мм, марка стали X42–X80. Для питающих и городских трубопроводов стандартные характеристики: диаметр 114–700 мм, толщина стенки 6–20 мм, марка стали X42–X80.
Трубопроводы бывают сварными и бесшовными, сварные трубы используются чаще, чем бесшовные.
2. Стандарт трубопровода
Стандарт для трубопроводных труб — API 5L «Технические условия на стальные трубы для трубопроводов», однако в 1997 году Китай принял два национальных стандарта для трубопроводных труб: GB/T9711.1-1997 «Нефтегазовая промышленность, первая часть технических условий поставки стальных труб: стальные трубы класса А» и GB/T9711.2-1997 «Нефтегазовая промышленность, вторая часть технических условий поставки стальных труб: стальные трубы класса В». Эти два стандарта эквивалентны API 5L, и многие отечественные потребители требуют поставки труб, соответствующих этим двум национальным стандартам.
3. О PSL1 и PSL2
PSL — это аббревиатура, обозначающая уровень спецификации продукции. Уровень спецификации продукции для трубопроводов делится на PSL1 и PSL2, также можно сказать, что уровень качества делится на PSL1 и PSL2. PSL1 выше, чем PSL2, и эти два уровня спецификации отличаются не только требованиями к испытаниям, но и требованиями к химическому составу и механическим свойствам. Поэтому, согласно заказу API 5L, в условиях контракта, помимо указания спецификаций, марки стали и других общих показателей, необходимо также указать уровень спецификации продукции, то есть PSL1 или PSL2.
Стандарт PSL2 по химическому составу, прочностным характеристикам, ударной вязкости, неразрушающему контролю и другим показателям более строгий, чем стандарт PSL1.
4. Марка и химический состав стали для трубопроводных труб
Марки стали для трубопроводов, от низких к высоким, подразделяются на: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 и X80.
5. Давление воды в трубопроводе и требования к неразрушающему контролю.
Гидравлические испытания трубопровода следует проводить по каждой ветви, а стандарт не допускает неразрушающего метода создания гидравлического давления, что также является существенным отличием стандарта API от наших стандартов.
Стандарт PSL1 не требует неразрушающего контроля, стандарт PSL2 должен включать неразрушающий контроль каждой ветви.
VI. Премиум-соединение
1. Введение в Premium Connection
Специальная защелка отличается от резьбы API особой структурой трубной резьбы. Хотя существующие резьбовые обсадные трубы API широко используются при разработке нефтяных скважин, их недостатки отчетливо проявляются в специфических условиях некоторых нефтяных месторождений: трубная колонна с круглой резьбой API, несмотря на лучшие герметизирующие свойства, испытывает усилие на растяжение резьбовой части, составляющее лишь 60-80% от прочности корпуса трубы, поэтому ее нельзя использовать при разработке глубоких скважин; трубная колонна с трапецеидальной резьбой API, испытывает усилие на растяжение резьбовой части, равное лишь прочности корпуса трубы, поэтому ее нельзя использовать в глубоких скважинах; трубная колонна с трапецеидальной резьбой API, испытывает слабое усилие на растяжение. Хотя усилие на растяжение у такой колонны значительно выше, чем у резьбового соединения API, ее герметизирующие свойства не очень хороши, поэтому ее нельзя использовать при разработке газовых скважин высокого давления; Кроме того, резьбовая смазка может выполнять свою функцию только в условиях температуры ниже 95℃, поэтому ее нельзя использовать при разработке высокотемпературных скважин.
По сравнению с соединениями с круглой резьбой API и частичной трапецеидальной резьбой, компания Premium Connection добилась прорыва в следующих областях:
(1) хорошая герметизация, благодаря конструкции эластичной и металлической уплотнительной структуры, так что сопротивление герметизации соединения газа достигает предела корпуса трубки в пределах давления текучести;
(2) высокая прочность соединения, при использовании соединения Premium Connection с маслопроводом прочность соединения достигает или превышает прочность корпуса трубы, что принципиально решает проблему проскальзывания;
(3) благодаря улучшению процесса выбора материалов и обработки поверхности, в основном решена проблема застревания нити в пряжке;
(4) путем оптимизации конструкции, чтобы распределение напряжений в соединении было более рациональным и способствовало большей устойчивости к коррозии под напряжением;
(5) благодаря разумной конструкции плечевого пояса, что облегчает работу с пряжкой.
В настоящее время в мире разработано более 100 видов премиальных соединений с использованием запатентованной технологии.
Дата публикации: 21 февраля 2024 г.