Wady jakościowe i zapobieganie rurom szybów naftowych

Wady jakościowe rur szybów naftowych wynikają głównie z trzech aspektów:
Po pierwsze, wady jakościowe samego korpusu rury odwiertu naftowego, takie jak właściwości mechaniczne, połączenia wewnętrzne i ważenie korpusu rury, nie spełniają wymagań;
Po drugie, wady jakościowe spowodowane przez rurę odwiertu naftowego podczas procesu przetwarzania, takie jak parametry gwintu (stożek, skok, wysokość zęba, kształt Kena oraz koncentryczność i mała odległość gwintów na obu końcach złącza) przekraczające normę, czarna klamra gwintu, pęknięta sprzączka, odchylenie gwintu, moment obrotowy śruby przekraczający normę, nieszczelność, uszkodzenie gwintu (zarysowania, wybrzuszenia), jakość spoiny rury wiertniczej niezgodna z wymaganiami itp.;
Po trzecie, działanie rury odwiertu naftowego, w tym działanie zapobiegające ściskaniu, działanie antykorozyjne, działanie perforacyjne i działanie zapobiegające przywieraniu, nie spełniło wymagań.

1. Wady jakościowe i zapobieganie obróbce gwintów rur szybów naftowych
Podczas obróbki gwintów rur szybów naftowych gwint może wykazywać wady jakościowe, takie jak czarna klamra, odchylenie gwintu, pęknięta klamra, zarysowanie gwintu (uderzenie) i parametry gwintu przekraczające normę.

(1) Sprzączka z czarną nicią: Sprzączka z czarną nicią jest spowodowana zbyt małą ilością obróbki lokalnej gwintu, co powoduje „niegładkość”, co jest związane z dokładnością średnicy zewnętrznej i grubości ścianki, owalnością i prostotą końca rury . Czarna sprzączka na korpusie rury jest często spowodowana zbyt małą średnicą zewnętrzną korpusu rury, niezbyt prostym końcem rury lub zbyt dużą owalnością. Czarna klamra na złączce jest zazwyczaj spowodowana przekroczeniem przez zewnętrzną średnicę rury stalowej tolerancji dodatniej, ścianką przekraczającą tolerancję ujemną lub zbyt dużą owalnością.

(2) Odchylenie ścianki gwintu: Odchylenie ścianki gwintu to nierówna grubość ścianki rury stalowej po gwintowaniu, przy czym jedna strona jest cienka, a druga gruba. Przyczyna odchylenia ścianki gwintu jest podobna jak w przypadku wypaczenia nici czarnej, które jest spowodowane nierówną grubością ścianki, wygięciem lub nadmierną owalnością na końcu rury stalowej. Czasami, gdy występuje odchylenie ścianki gwintu lub ilość obróbki nie jest odpowiednio kontrolowana, grubość ścianki gwintowanego dna może przekroczyć tolerancję ujemną, co poważnie wpłynie na wytrzymałość połączenia rury szybu naftowego.

(3) Zerwanie nici: Kiedy przecinak do nici przecina nić z dużą prędkością i z dużą siłą, zerwanie lub „zgubienie” nici spowoduje jej zerwanie. Ogólnie rzecz biorąc, zrywanie gwintu jest spowodowane głównie dużymi wtrąceniami niemetalicznymi w stali, a także ma związek z jakością przecinaka do gwintów i stabilnością procesu gwintowania.

(4) Uszkodzenia gwintów: Uszkodzenia gwintów rur szybów naftowych obejmują stłuczenia i otarcia powstałe podczas produkcji, transportu i przechowywania gotowych produktów. Aby zapobiec stłuczeniu, zgnieceniu lub rdzewieniu odsłoniętych gwintów rur szybów naftowych, a także zapewnić, że gwinty nie kolidują z twardymi przedmiotami (takimi jak rolki transportowe, pochyłe ruszty itp.) podczas produkcji, należy zastosować zewnętrzną osłonę zabezpieczającą pierścień z gwintem wewnętrznym należy nakręcić na gwint korpusu rury naftowej, natomiast wewnętrzny pierścień ochronny z gwintem zewnętrznym na gwint złącza.

Standard API Spec 5CT określa:
① Zakład obróbki gwintów powinien nakręcić pierścienie zabezpieczające gwint wewnętrzny i zewnętrzny. Konstrukcja, materiał i wytrzymałość mechaniczna pierścienia zabezpieczającego gwint są wymagane do ochrony gwintów i końców rur, aby uniknąć uszkodzeń podczas normalnego załadunku i rozładunku oraz transportu;
② Podczas transportu i normalnego przechowywania oleju i obudowy, konstrukcja i materiał pierścienia zabezpieczającego gwint są wymagane, aby odizolować gwinty od brudu i wody. Normalny okres przechowywania wynosi około 1 roku;
③ Materiał pierścienia zabezpieczającego gwint nie powinien zawierać składników materiałowych, które mogą powodować korozję gwintu lub powodować przyleganie pierścienia zabezpieczającego gwint do gwintu i może być odpowiedni do temperatur pracy od -46 ℃ do +66 ℃:
④ Pierścienie zabezpieczające gwint z gołej stali nie mogą być stosowane w korpusach rur ze stali L80 klasy 9Cr i 13Cr.

(5) Parametry gwintu przekraczają normę: Obróbka gwintu jest najważniejszym procesem w produkcji rur do szybów naftowych, a także kluczowym procesem określającym jakość gwintu rur do szybów naftowych. Obecnie większość rur odwiertów naftowych jest obrabiana za pomocą specjalnych obrabiarek CNC. Podczas obróbki gwintów przedmiot obrabiany jest automatycznie centrowany i mocowany płynnie. Narzędzie do obróbki gwintów wykorzystuje narzędzie węglikowe, a obrót wrzeciona jest bezstopniowy. Istnieją dwa sposoby obróbki gwintów: jeden polega na tym, że przedmiot obrabiany obraca się, a narzędzie wykonuje płaski ruch posuwowy; drugim jest to, że przedmiot obrabiany nie porusza się, a narzędzie obraca się i wykonuje ruch posuwowy. Te dwa typy obrabiarek mają swoje cechy. Ten pierwszy jest elastyczny w użyciu. Ma nie tylko wysoką wydajność podczas obróbki ogólnych gwintów stożkowych, ale może również przetwarzać gwinty łączone bezpośrednio i specjalnie łączone z dobrą szczelnością (specjalne klamry); ta ostatnia ma wyższą wydajność w obróbce ogólnych gwintów stożkowych niż pierwsza, ale do obróbki specjalnych sprzączek wymagana jest obrabiarka do obróbki wstępnej. Różne parametry gwintu (średnica środkowa, wysokość zęba, stożek, podziałka, kąt profilu zęba, odległość między gwintami itp.) wpływają na wytrzymałość połączenia i skuteczność uszczelniania gwintu. Odległość bliska gwintu to całkowita wartość wahań każdego pojedynczego parametru gwintu. Nawet jeśli kwalifikowane są poszczególne parametry gwintu, jego bliska odległość może nie być kwalifikowana. Dokładność poszczególnych parametrów gwintu, oprócz tego, że jest powiązana z jakością półwyrobu rury, ma także związek ze sposobem obróbki gwintu, typem obrabiarki, stabilnością procesu obróbki, a także dokładnością wymiarową i odporność na zużycie grzebienia nici. Gdy inne warunki są takie same, dokładność wymiarowa grzebienia nici określa dokładność rozmiaru gwintu. Ogólnie rzecz biorąc, wymagana tolerancja wymiarowa grzebienia nici wynosi tylko 1/3 do 1/4 tolerancji produktu lub nawet więcej.

(6) Wartości momentu obrotowego i J przekraczają normę: Moment obrotowy oleju i obudowy odnosi się do momentu uzupełniającego generowanego podczas skręcania złącza i korpusu rury. Celem kontroli momentu obrotowego jest zapewnienie wytrzymałości połączenia pomiędzy łącznikiem a korpusem rury oraz naprężenia docisku stykowego po stronie gwintu oraz współpraca z odpowiednim smarem uszczelniającym do gwintów w celu zapobiegania wyciekom oleju i obudowy. W przypadku gwintów zgodnych ze standardem API wartość J reprezentuje odległość od końca rury do środka złączki po dokręceniu złączki i korpusu rury, co jest jednym z ważnych parametrów określających jakość połączenia gwintowego.

(7) Wyciek: Aby uniknąć wycieków oleju i obudowy spowodowanych niewystarczającym ciśnieniem styku pomiędzy olejem i korpusem rury osłonowej a gwintem sprzęgła, olej i obudowa ze sprzęgłem poddawane są próbie ciśnienia hydrostatycznego zgodnie z normą. Nieszczelność gwintu łączącego korpus rury ze złączką zależy od rodzaju i jakości gwintu, sposobu dokręcenia oleju i obudowy oraz jakości smaru uszczelniającego gwint. Pod względem rodzaju gwintu skuteczność uszczelniania gwintów okrągłych jest lepsza niż gwintów trapezowych, a gwinty specjalne są jeszcze lepsze. Precyzyjny kształt gwintu oraz rozsądny moment dokręcania oleju i obudowy sprzyjają poprawie właściwości uszczelniających gwintu. Smar do uszczelniania gwintów może odgrywać rolę w smarowaniu, wypełnianiu szczelin gwintowych (uszczelnianiu) i ochronie antykorozyjnej podczas skręcania złączy oraz podczas stosowania oleju i obudowy.

2. Wydajność rur szybów naftowych
Właściwości rur szybów naftowych obejmują działanie zapobiegające przywieraniu, działanie zapobiegające zapadaniu się, działanie antykorozyjne i działanie perforacyjne.

(1) Właściwości zapobiegające przywieraniu: Zgodnie z wymaganiami normy, połączenia gwintowe oleju i obudowy muszą być wykonane i zdemontowane. Ustala się, że każde połączenie musi być wykonane i rozwiązane 6 razy każde. Dokręcić do maksymalnego momentu obrotowego zalecanego przez producenta, następnie odkręcić i sprawdzić sklejanie gwintów wewnętrznego i zewnętrznego oleju i obudowy. Sklejanie gwintów olejowych i osłonowych zależy od takich czynników, jak jakość gwintu, twardość powierzchni gwintu, prędkość gwintowania, współczynnik tarcia powierzchniowego i naprężenie stykowe (moment dokręcania sprzęgła). Aby poprawić działanie przeciwzatarciowe gwintów olejowych i osłonowych, należy poprawić wykończenie, twardość i jednorodność gwintów, zmniejszyć prędkość gwintowania i kontrolować moment dokręcania. Jednocześnie na wewnętrzną powierzchnię gwintu sprzęgła należy nałożyć bardziej miękką warstwę folii metalowej lub niemetalowej, aby oddzielić korpus rury olejowej i osłonę od złącza, aby zapobiec przyklejaniu się metalowej powierzchni pomiędzy dwoma gwintami i aby uniknąć rozdarcia lub nawet rozdarcia nici. Przed wkręceniem złącza powierzchnię gwintu należy posmarować smarem do gwintów, aby zapobiec sklejaniu się gwintu po wkręceniu złącza i poprawić skuteczność uszczelniania gwintu. Istnieje wiele metod powlekania powierzchni gwintu złącza: np. proces cynkowania i proces fosforanowania; w przypadku niektórych specjalnych materiałów i specjalnych gwintów przyłączeniowych często wymagane jest miedziowanie. Czynniki związane z gwintowaniem fabrycznym: parametry gwintu (skok, wysokość zęba, stożek, moment obrotowy, kąt półksiężyca profilu zęba itp.), dopasowanie gwintu wewnętrznego i zewnętrznego (obróbka powierzchniowa, wykończenie powierzchni, fosforanowanie, cynkowanie, miedziowanie, itp.), masa gwintowana (funkcja: smarowanie, wypełnianie i uszczelnianie itp., składająca się z proszku metalicznego i smaru), kontrola uzupełniania (moment obrotowy uzupełniania, prędkość uzupełniania itp.), czynniki materiałowe itp. Czynniki związane z gwintowaniem związanym z eksploatacją pola naftowego: podnoszenie bez osłony gwintu, złącze skośne (rura kołysze się w powietrzu i nie jest koncentryczna w stosunku do złącza odwiertu), brak lub kilka połączeń, mieszanka gwintu (niespełniająca wymagań normy, piasek i inne zanieczyszczenia), prędkość i moment obrotowy uzupełniania oraz siła zaciskania dużych szczypiec itp.

(2) Działanie zapobiegające ściskaniu (zgniataniu): Wraz ze wzrostem głębokości wiercenia wzrasta ciśnienie na ropę i rurę rurową w odwiertach naftowych i gazowych, szczególnie w odwiertach głębokich, bardzo głębokich lub odwiertach naftowych i gazowych w złożonych formacjach, takich jak jak sól kamienna, zaczyn solny, łupki i miękkie formacje skalne, które muszą izolować przepływ tworzywa sztucznego. Kiedy ciśnienie zewnętrzne przekroczy pewną granicę, korpus rury odwiertu naftowego spowoduje odkształcenie w kształcie rowka lub eliptyczne, co nazywa się zapadnięciem się rury odwiertu naftowego.

(3) Właściwości antykorozyjne: Niektóre pola naftowe i gazowe zawierają dużą ilość czynników korozyjnych, takich jak siarkowodór, dwutlenek węgla lub jony chlorkowe, co stawia wymagania dotyczące odporności na korozję oleju i obudowy, w tym odporności na korozję naprężeniową siarczkową, odporność na korozję CO2 i Cl itp. Odporność na korozję oleju i obudowy jest głównie związana z takimi czynnikami, jak skład chemiczny stali i wartość naprężenia szczątkowego rury stalowej. Sprzyja zmniejszenie zawartości wtrąceń niemetalicznych i szkodliwych pierwiastków w stali, zwiększenie zawartości pierwiastków antykorozyjnych, takich jak Cr i Ni, zmniejszenie naprężeń szczątkowych w rurze stalowej oraz poprawa współczynnika granicy plastyczności rury stalowej. do poprawy odporności na korozję oleju i obudowy.

(4) Wydajność perforacji: Część obudowy warstwy ropy naftowej, w której wydobywa się olej (warstwowa produkcja ropy w wielowarstwowym odwiercie naftowym), wymaga perforacji, aby umożliwić przepływ ropy naftowej do obudowy z wyznaczonej warstwy piasku roponośnego. Z tego powodu wymagana jest, aby osłona z warstwą oleju charakteryzowała się dobrą perforacją, szczególnie w przypadku stosowania operacji perforacji bez użycia pistoletu, wymagana jest wyższa wydajność perforacji osłony. Właściwości perforacyjne osłonki ocenia się na podstawie testów perforacji. Oznacza to, że badaną łuskę zawiesza się w symulowanej studni, a w łusce zawiesza się pewną liczbę ukształtowanych pocisków perforujących o określonej odległości i różnych kierunkach. Następnie przeprowadza się perforację. Jeżeli po perforacji nie ma pęknięć wokół otworów osłony testowej, wydajność perforacji ocenia się jako dobrą; jeżeli wokół otworów występuje niewielka liczba małych pęknięć, ale ich liczba i długość nie przekraczają wymagań warunków technicznych, wówczas wydajność perforacji ocenia się jako kwalifikowaną; oraz jeżeli liczba lub długość pęknięć wokół otworów przekracza wymagania, zwłaszcza jeśli pęknięcia pomiędzy dwoma sąsiednimi otworami są połączone, wydajność perforacji ocenia się jako niekwestionowaną. Pole naftowe ma również jasne wymagania dotyczące wielkości rozszerzenia osłonki po perforacji oraz wysokości wewnętrznych i zewnętrznych zadziorów wokół otworów.