أنابيب OCTGتُستخدم بشكل رئيسي في حفر آبار النفط والغاز ونقل النفط والغاز. وتشمل أنابيب حفر النفط، وأغلفة النفط، وأنابيب استخراج النفط.أنابيب OCTGيتم استخدامها بشكل أساسي لتوصيل طوق الحفر وبتات الحفر ونقل طاقة الحفر.يُستخدم غلاف البترول بشكل رئيسي لدعم البئر أثناء الحفر وبعده، لضمان التشغيل الطبيعي للبئر بأكملها أثناء عملية الحفر وبعده. يُنقل النفط والغاز من قاع البئر إلى السطح بشكل رئيسي بواسطة أنبوب ضخ النفط.
يُعدّ غلاف النفط شريان الحياة للحفاظ على تشغيل آبار النفط. نظرًا لاختلاف الظروف الجيولوجية، فإن حالة الإجهاد تحت الأرض معقدة، كما أن التأثيرات المُجتمعة للشد والضغط والانحناء والالتواء على جسم الغلاف تُشكّل متطلبات عالية لجودة الغلاف نفسه. بمجرد تلف الغلاف نفسه لأي سبب، قد يؤدي ذلك إلى انخفاض الإنتاج أو حتى تفكيك البئر بالكامل.
وفقًا لقوة الفولاذ نفسه، يُمكن تقسيم الغلاف إلى درجات مختلفة من الفولاذ، وهي: J55، K55، N80، L80، C90، T95، P110، Q125، V150، إلخ. يختلف مستوى الفولاذ المستخدم باختلاف حالة البئر وعمقه. في البيئات التآكلية، يُشترط أن يتمتع الغلاف نفسه بمقاومة للتآكل. وفي المناطق ذات الظروف الجيولوجية المعقدة، يُشترط أيضًا أن يتمتع الغلاف بأداء مضاد للانهيار.
أولا: المعرفة الأساسية حول أنابيب OCTG
1. المصطلحات المتخصصة المتعلقة بشرح أنابيب البترول
API: هو اختصار لمعهد البترول الأمريكي.
OCTG: هو اختصار لـ Oil Country Tubular Goods، وهو ما يعني الأنابيب الخاصة بالنفط، بما في ذلك غلاف الزيت النهائي، وأنبوب الحفر، وأطواق الحفر، والأطواق، والمفاصل القصيرة وما إلى ذلك.
أنابيب النفط: الأنابيب المستخدمة في آبار النفط لاستخراج النفط، واستخراج الغاز، وحقن المياه، والتكسير الحمضي.
الغلاف: أنبوب يتم إنزاله من سطح الأرض إلى داخل بئر محفور كبطانة لمنع انهيار جدار البئر.
أنبوب الحفر: الأنبوب المستخدم لحفر الآبار.
أنبوب الخط: أنبوب يستخدم لنقل النفط أو الغاز.
حلقات التثبيت: أسطوانات تستخدم لتوصيل أنبوبين ملولبين بخيوط داخلية.
مادة الوصل: الأنابيب المستخدمة في تصنيع الوصلات.
خيوط API: خيوط الأنابيب المحددة بمعيار API 5B، بما في ذلك خيوط الأنابيب الزيتية المستديرة، وخيوط الأنابيب القصيرة المستديرة، وخيوط الأنابيب الطويلة المستديرة، وخيوط الأنابيب شبه المنحرفة، وخيوط الأنابيب الخطية وما إلى ذلك.
مشبك خاص: خيوط غير API ذات خصائص إغلاق خاصة وخصائص اتصال وخصائص أخرى.
الأعطال: تشوه، كسر، تلف سطحي، وفقدان الوظيفة الأصلية في ظروف تشغيل محددة. الأشكال الرئيسية لأعطال غلاف الزيت هي: البثق، الانزلاق، التمزق، التسرب، التآكل، الالتصاق، التآكل، وغيرها.
2. المعايير المتعلقة بالبترول
API 5CT: مواصفات الغلاف والأنابيب (الإصدار الأحدث حاليًا من الإصدار الثامن)
API 5D: مواصفات أنابيب الحفر (الإصدار الأحدث من الإصدار الخامس)
API 5L: مواصفات أنابيب الصلب لخطوط الأنابيب (الإصدار الأحدث من الطبعة 44)
API 5B: مواصفات التشغيل والقياس وفحص خيوط الأنابيب والأنابيب النفطية والخطوط
GB/T 9711.1-1997: الشروط الفنية لتسليم الأنابيب الفولاذية لنقل صناعة النفط والغاز الجزء 1: الأنابيب الفولاذية من الدرجة أ
GB/T9711.2-1999: الشروط الفنية لتوريد الأنابيب الفولاذية لنقل صناعة النفط والغاز الجزء 2: الأنابيب الفولاذية من الدرجة ب
GB/T9711.3-2005: الشروط الفنية لتسليم الأنابيب الفولاذية لنقل صناعة البترول والغاز الطبيعي، الجزء 3: الأنابيب الفولاذية من الدرجة C
2. أنبوب النفط
1. تصنيف أنابيب النفط
تُقسم أنابيب النفط إلى أنابيب غير مُعرَّضة للانقباض (NU)، وأنابيب مُعرَّضة للانقباض الخارجي (EU)، وأنابيب مُدمجة الوصلات. تُشير الأنابيب غير المُعرَّضة للانقباض إلى طرف أنبوب مُلوَّن بدون سماكة ومُزوَّد بوصلة. أما الأنابيب المُعرَّضة للانقباض الخارجي، فتشير إلى طرفي أنبوب مُغلَّفين خارجيًا، ثم مُلوَّنين ومُزوَّدين بمشابك. أما الأنابيب المُدمجة الوصلات، فتشير إلى أنبوب مُتصل مباشرةً بدون وصلة، حيث يُمرَّر أحد طرفيه عبر خيط خارجي مُغلَّف داخليًا، والطرف الآخر عبر خيط داخلي مُغلَّف خارجيًا.
2. دور الأنابيب
① استخراج النفط والغاز: بعد حفر آبار النفط والغاز وتدعيمها، يتم وضع الأنابيب في غلاف النفط لاستخراج النفط والغاز إلى الأرض.
② حقن المياه: عندما لا يكون الضغط في البئر كافياً، يتم حقن المياه في البئر من خلال الأنابيب.
③ حقن البخار: في عملية الاسترداد الحراري للنفط السميك، يتم إدخال البخار إلى البئر باستخدام أنابيب النفط المعزولة.
(iv) التحميض والتكسير: في المرحلة المتأخرة من حفر الآبار أو من أجل تحسين إنتاج آبار النفط والغاز، من الضروري إدخال وسط التحميض والتكسير أو مادة المعالجة إلى طبقة النفط والغاز، ويتم نقل الوسط ومادة المعالجة عبر أنبوب النفط.
3. درجة الفولاذ لأنابيب النفط
درجات الفولاذ المستخدمة في أنابيب النفط هي: H40، J55، N80، L80، C90، T95، P110.
ينقسم N80 إلى N80-1 و N80Q، وهما نفس خصائص الشد، والاختلافان هما حالة التسليم واختلافات أداء التأثير، وتسليم N80-1 عن طريق الحالة الطبيعية أو عندما تكون درجة حرارة الدرفلة النهائية أكبر من درجة الحرارة الحرجة Ar3 وتقليل التوتر بعد تبريد الهواء، ويمكن استخدامها لإيجاد بدائل لتطبيع الدرفلة الساخنة، ولا يلزم اختبار التأثير وغير المدمر؛ يجب أن يتم تخفيف N80Q (التبريد والتلطيف) المعالجة الحرارية، يجب أن تكون وظيفة التأثير متوافقة مع أحكام API 5CT، ويجب أن يكون اختبارًا غير مدمر.
يُقسّم L80 إلى L80-1، وL80-9Cr، وL80-13Cr. خصائصها الميكانيكية وحالة تسليمها متشابهة. تختلف في الاستخدام وصعوبة الإنتاج والسعر. L80-1 للنوع العام، وL80-9Cr وL80-13Cr هما أنبوبان مقاومان للتآكل بدرجة عالية، ويصعب إنتاجهما، وهما باهظا الثمن، ويُستخدمان عادةً في آبار التآكل الشديد.
يتم تقسيم C90 و T95 إلى النوع 1 والنوع 2، أي C90-1، C90-2 و T95-1، T95-2.
4. درجة الفولاذ المستخدمة بشكل شائع، والدرجة وحالة التسليم لأنابيب النفط
درجة الفولاذ درجة حالة التسليم
أنبوب زيت J55 أنبوب زيت مسطح 37Mn5: مدرفل على الساخن بدلاً من التطبيع
أنبوب زيت سميك: طوله كامل وموحد بعد التكثيف.
أنابيب N80-1 36Mn2V أنابيب مسطحة: مدرفلة على الساخن بدلاً من الموحد
أنبوب زيت سميك: طول كامل طبيعي بعد التكثيف
أنبوب زيت N80-Q 30Mn5 للتبريد الكامل
أنبوب زيت L80-1 30Mn5 للتبريد الكامل
أنبوب زيت P110 25CrMnMo للتبريد الكامل
اقتران J55 37Mn5 المدرفل على الساخن على الخط التطبيع
اقتران N80 28MnTiB للتبريد الكامل الطول
اقتران L80-1 28MnTiB للتبريد الكامل الطول
مشابك P110 بطول كامل من 25CrMnMo مقواة
Ⅲ. الغلاف
1. تصنيف ودور الغلاف
التغليف هو أنبوب فولاذي يدعم جدار آبار النفط والغاز. تُستخدم طبقات متعددة من التغليف في كل بئر وفقًا لاختلاف أعماق الحفر والظروف الجيولوجية. يُستخدم الأسمنت لتدعيم التغليف بعد إنزاله في البئر، وعلى عكس أنابيب النفط وأنابيب الحفر، لا يمكن إعادة استخدامه، وهو من المواد الاستهلاكية القابلة للتصرف. لذلك، يُشكل استهلاك التغليف أكثر من 70% من إجمالي أنابيب آبار النفط. يمكن تصنيف التغليف حسب استخدامه إلى: أنابيب، وأنابيب سطحية، وأنابيب تقنية، وأنابيب نفطية، وتظهر هياكلها في آبار النفط في الصورة أدناه.
2. غلاف الموصل
تستخدم بشكل أساسي في الحفر في المحيط والصحراء لفصل مياه البحر والرمال لضمان التقدم السلس للحفر، والمواصفات الرئيسية لهذه الطبقة من الغلاف 2 هي: Φ762mm (30in) × 25.4mm، Φ762mm (30in) × 19.06mm.
غلاف السطح: يُستخدم بشكل رئيسي في الحفر الأولي، حيث يُثقب سطح الطبقات الرخوة حتى يصل إلى الصخر الأساسي. ولحماية هذا الجزء من الطبقات من الانهيار، يجب إغلاقه بغلاف السطح. المواصفات الرئيسية للغلاف السطحي: 508 مم (20 بوصة)، 406.4 مم (16 بوصة)، 339.73 مم (13-3/8 بوصة)، 273.05 مم (10-3/4 بوصة)، 244.48 مم (9-5/9 بوصة)، إلخ. يعتمد عمق أنبوب الخفض على عمق التكوين الناعم. ويعتمد عمق الأنبوب السفلي على عمق الطبقة الرخوة، والذي يتراوح عادةً بين 80 و1500 متر. يتميز بضغط خارجي وداخلي منخفض، وعادةً ما يُستخدم الفولاذ من نوع K55 أو N80.
3. الغلاف الفني
يُستخدم الغلاف التقني في عمليات حفر التكوينات المعقدة. عند مواجهة أجزاء معقدة، مثل الطبقة المنهارة، وطبقة النفط، وطبقة الغاز، وطبقة الماء، وطبقة التسرب، وطبقة معجون الملح، وما إلى ذلك، من الضروري وضع الغلاف التقني لإغلاقها، وإلا فلن تتمكن من الحفر. بعض الآبار عميقة ومعقدة، ويصل عمق البئر إلى آلاف الأمتار، ويتطلب هذا النوع من الآبار العميقة وضع عدة طبقات من الغلاف التقني، وتتميز بخصائص ميكانيكية عالية جدًا ومتطلبات أداء إغلاق عالية، كما أن استخدام درجات الفولاذ أعلى، فبالإضافة إلى K55، يُستخدم أيضًا درجتا N80 وP110. كما تُستخدم بعض الآبار العميقة أيضًا في درجات Q125 أو حتى درجات أعلى غير API، مثل V150. المواصفات الرئيسية للغلاف الفني هي كما يلي: 339.73 مم (13-3 / 8 بوصة)، 273.05 مم (10-3 / 4 بوصة)، 244.48 مم (9-5 / 8 بوصة)، 219.08 مم (8-5 / 8 بوصة)، 193.68 مم (7-5 / 8 بوصة)، 177.8 مم (7 بوصة) وما إلى ذلك.
4. غلاف الزيت
عند حفر بئر حتى طبقة الوجهة (الطبقة التي تحتوي على النفط والغاز)، يلزم استخدام غلاف النفط لإغلاق طبقة النفط والغاز والطبقات المكشوفة العلوية، والجزء الداخلي من غلاف النفط هو طبقة النفط. في جميع أنواع غلاف النفط، تكون خصائصه الميكانيكية ومتطلبات أداء الختم هي الأعلى أيضًا، ويتم استخدام الفولاذ من الدرجة K55 وN80 وP110 وQ125 وV150 وما إلى ذلك. المواصفات الرئيسية لغلاف التكوين هي: 177.8 مم (7 بوصات)، 168.28 مم (6-5/8 بوصة)، 139.7 مم (5-1/2 بوصة)، 127 مم (5 بوصات)، 114.3 مم (4-1/2 بوصة)، إلخ. يُعد الغلاف الأعمق بين جميع أنواع الآبار، وأدائه الميكانيكي وأداء الختم هو الأعلى.
أنبوب الحفر الخامس
1. تصنيف ودور الأنابيب لأدوات الحفر
يتكون أنبوب الحفر من أنبوب الحفر المربع وأنبوب الحفر وأنبوب الحفر الموزون وطوق الحفر في أدوات الحفر. أنبوب الحفر هو أداة الحفر الأساسية التي تدفع لقمة الحفر من الأرض إلى قاع البئر، وهو أيضًا قناة من الأرض إلى قاع البئر. له ثلاثة أدوار رئيسية: 1. نقل عزم الدوران لدفع لقمة الحفر إلى الحفر؛ 2. الاعتماد على وزنه الخاص للضغط على لقمة الحفر لكسر الصخور في قاع البئر؛ 3. نقل سائل غسل البئر، أي طين الحفر عبر الأرض من خلال مضخات الطين عالية الضغط، إلى بئر عمود الحفر ليتدفق إلى قاع البئر لطرد حطام الصخور وتبريد لقمة الحفر، وحمل حطام الصخور عبر المساحة الحلقية بين السطح الخارجي للعمود وجدار البئر للعودة إلى الأرض، وذلك لتحقيق الغرض من حفر البئر. تتحمل أنابيب الحفر في عملية الحفر مجموعة متنوعة من الأحمال المتناوبة المعقدة، مثل الشد والضغط والالتواء والانحناء وغيرها من الضغوط، كما أن السطح الداخلي يتعرض أيضًا لتآكل الطين عالي الضغط والتآكل.
(1) أنبوب الحفر المربع: يوجد نوعان من أنبوب الحفر المربع: رباعي وسداسي. عادةً ما تستخدم كل مجموعة من أعمدة الحفر في قضبان حفر النفط الصينية أنبوب حفر رباعي. مواصفاته هي: 63.5 مم (2.5 بوصة)، 88.9 مم (3.5 بوصة)، 107.95 مم (4.1/4 بوصة)، 133.35 مم (5.1/4 بوصة)، 152.4 مم (6 بوصات)، وهكذا. يتراوح طوله عادةً بين 12 و14.5 مترًا.
(٢) أنبوب الحفر: يُعدّ أنبوب الحفر الأداة الرئيسية لحفر الآبار، وهو متصل بالطرف السفلي لأنبوب الحفر المربع. ومع استمرار تعميق بئر الحفر، يستمر أنبوب الحفر في إطالة عمود الحفر تدريجيًا. مواصفات أنبوب الحفر هي: ٦٠.٣ مم (٢-٣/٨ بوصة)، ٧٣.٠٣ مم (٢-٧/٨ بوصة)، ٨٨.٩ مم (٣-١/٢ بوصة)، ١١٤.٣ مم (٤-١/٢ بوصة)، ١٢٧ مم (٥ بوصات)، ١٣٩.٧ مم (٥-١/٢ بوصة)، وهكذا.
(3) أنبوب الحفر الموزون: أنبوب الحفر الموزون هو أداة انتقالية تربط أنبوب الحفر بحلقة الحفر، مما يُحسّن قوة أنبوب الحفر ويزيد الضغط على لقمة الحفر. المواصفات الرئيسية لأنبوب الحفر الموزون هي 88.9 مم (3.5 بوصة) و127 مم (5 بوصات).
(4) طوق الحفر: يتصل طوق الحفر بالجزء السفلي من أنبوب الحفر، وهو أنبوب خاص سميك الجدار ذو صلابة عالية، يضغط على لقمة الحفر لتكسير الصخور، ويمكن أن يلعب دورًا توجيهيًا عند حفر الآبار المستقيمة. المواصفات الشائعة لطوق الحفر هي: 158.75 مم (6-1/4 بوصة)، 177.85 مم (7 بوصة)، 203.2 مم (8 بوصة)، 228.6 مم (9 بوصة)، وما إلى ذلك.
أنبوب خطي V.
1. تصنيف أنابيب الخطوط
تُستخدم أنابيب الخطوط في صناعة النفط والغاز لنقل النفط، والنفط المكرر، والغاز الطبيعي، والمياه، وتُعرف اختصارًا باسم الأنابيب الفولاذية. تنقسم أنابيب نقل النفط والغاز بشكل رئيسي إلى ثلاثة أنواع: خط الأنابيب الرئيسي، وخطوط الأنابيب الفرعية، وخطوط أنابيب شبكة الأنابيب الحضرية. يبلغ قطر خط النقل الرئيسي ∮ 406 ~ 1219 مم، وسمك جداره 10 ~ 25 مم، ومصنوع من الفولاذ من الدرجة X42 ~ X80؛ ويبلغ قطر خط الأنابيب الفرعي وخطوط أنابيب شبكة الأنابيب الحضرية ∮ 114 ~ 700 مم، وسمك جداره 6 ~ 20 مم، ومصنوع من الفولاذ من الدرجة X42 ~ X80. أما خطوط الأنابيب المغذية وخطوط الأنابيب الحضرية، فتبلغ قطرها 114-700 مم، وسمك جدارها 6-20 مم، ومصنوع من الفولاذ من الدرجة X42-X80.
يحتوي خط الأنابيب على أنبوب فولاذي ملحوم، ويحتوي أيضًا على أنبوب فولاذي غير ملحوم، ويُستخدم الأنبوب الفولاذي الملحوم أكثر من الأنبوب الفولاذي غير الملحوم.
2. معيار خط الأنابيب
معيار أنابيب الخطوط هو API 5L "مواصفات أنابيب الصلب لخطوط الأنابيب"، ولكن في عام 1997، أصدرت الصين معيارين وطنيين لأنابيب الأنابيب: GB/T9711.1-1997 "صناعة النفط والغاز، الجزء الأول من الشروط الفنية لتوريد أنابيب الصلب: أنابيب الصلب من الدرجة A"، وGB/T9711.2-1997 "صناعة النفط والغاز، الجزء الثاني من الشروط الفنية لتوريد أنابيب الصلب: أنابيب الصلب من الدرجة B". هذان المعياران مكافئان لمعيار API 5L، ويحتاج العديد من المستخدمين المحليين إلى هذين المعيارين الوطنيين.
3. حول PSL1 وPSL2
PSL هو اختصار لمستوى مواصفات المنتج. ينقسم مستوى مواصفات منتج خط الأنابيب إلى PSL1 وPSL2، ويمكن القول أيضًا إن مستوى الجودة ينقسم إلى PSL1 وPSL2. PSL1 أعلى من PSL2، ولا يقتصر اختلاف مستوى المواصفات على متطلبات الاختبار المختلفة، بل يختلف أيضًا في التركيب الكيميائي ومتطلبات الخواص الميكانيكية، لذلك وفقًا لترتيب API 5L، يجب أن تشير شروط العقد إلى مستوى مواصفات المنتج، أي PSL1 أو PSL2، بالإضافة إلى المواصفات ودرجة الفولاذ والمؤشرات الشائعة الأخرى.
تعتبر معايير PSL2 في التركيب الكيميائي وخصائص الشد وقوة التأثير والاختبار غير المدمر وغيرها من المؤشرات أكثر صرامة من معايير PSL1.
4. درجة فولاذ أنابيب الأنابيب والتركيب الكيميائي
تنقسم درجة فولاذ الأنابيب من الأقل إلى الأعلى إلى: A25، A، B، X42، X46، X52، X60، X65، X70 وX80.
5، ضغط المياه في خط الأنابيب والمتطلبات غير المدمرة
يجب إجراء اختبار هيدروليكي لأنبوب الخط فرعًا بفرع، ولا يسمح المعيار بتوليد الضغط الهيدروليكي غير المدمر، وهو أيضًا فرق كبير بين معيار API ومعاييرنا.
لا يتطلب PSL1 إجراء اختبارات غير مدمرة، ويجب أن يكون PSL2 عبارة عن اختبارات غير مدمرة فرعًا بفرع.
السادس. اتصال مميز
1. مقدمة عن Premium Connection
يختلف المشبك الخاص عن خيط API مع هيكل خاص لخيط الأنبوب. على الرغم من أن غلاف الزيت الملولب API الحالي يستخدم على نطاق واسع في استغلال آبار النفط، إلا أن عيوبه تظهر بوضوح في البيئة الخاصة لبعض حقول النفط: عمود الأنبوب الملولب المستدير API، على الرغم من أن أداء الختم الخاص به أفضل، إلا أن قوة الشد التي يتحملها الجزء الملولب تعادل 60٪ إلى 80٪ فقط من قوة جسم الأنبوب، لذلك لا يمكن استخدامه في استغلال الآبار العميقة؛ عمود الأنبوب الملولب شبه المنحرف المتحيز API، فإن أداء الشد للجزء الملولب يعادل فقط قوة جسم الأنبوب، وبالتالي لا يمكن استخدامه في الآبار العميقة؛ عمود الأنبوب الملولب شبه المنحرف المتحيز API، وأداء الشد الخاص به ليس جيدًا. على الرغم من أن أداء الشد للعمود أعلى بكثير من أداء وصلة الخيط المستدير API، إلا أن أداء الختم الخاص به ليس جيدًا جدًا، لذلك لا يمكن استخدامه في استغلال آبار الغاز عالية الضغط؛ بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن للشحم الملولب أن يلعب دوره إلا في البيئة بدرجة حرارة أقل من 95 درجة مئوية، لذلك لا يمكن استخدامه في استغلال الآبار ذات درجة الحرارة العالية.
بالمقارنة مع اتصال الخيط الدائري API والاتصال بالخيط شبه المنحرف الجزئي، حقق Premium Connection تقدمًا كبيرًا في الجوانب التالية:
(1) الختم الجيد، من خلال تصميم هيكل الختم المرن والمعدني، بحيث تصل مقاومة ختم الغاز المشترك إلى حد جسم الأنابيب ضمن ضغط الخضوع؛
(2) قوة عالية للاتصال، مع اتصال Premium Connection لغلاف الزيت، تصل قوة الاتصال إلى قوة جسم الأنبوب أو تتجاوزها، لحل مشكلة الانزلاق بشكل أساسي؛
(3) من خلال تحسين عملية اختيار المواد ومعالجة السطح، تم حل مشكلة التصاق الخيط بشكل أساسي؛
(4) من خلال تحسين الهيكل، بحيث يكون توزيع إجهاد المفصل أكثر معقولية، وأكثر ملاءمة لمقاومة التآكل الإجهادي؛
(5) من خلال هيكل الكتف بتصميم معقول، بحيث يكون تشغيل الإبزيم أسهل في التنفيذ.
في الوقت الحاضر، قام العالم بتطوير أكثر من 100 نوع من الاتصالات المتميزة بتكنولوجيا حاصلة على براءة اختراع.
وقت النشر: ٢١ فبراير ٢٠٢٤