Điều gì tạo nên một ống khoan và tại sao vật liệu lại quan trọng
Ống khoan là một ống có thành dày-có nhiệm vụ truyền chuyển động quay và mô-men xoắn từ bề mặt đến mũi khoan và dẫn dung dịch khoan xuống dây. Hai thành phần riêng biệt có liên quan. Thân ống chịu lực kéo và áp suất bên trong, đồng thời các khớp nối dụng cụ là các đầu có ren, nặng hơn để truyền mô-men xoắn và chịu mài mòn từ các hoạt động đóng-và-phá vỡ. Lựa chọn vật liệu phải đáp ứng cả hai và cả hai thường được làm từ các loại thép khác nhau.
Thân ống được bao phủ bởi API 5DP, chỉ định các điều kiện phân phối kỹ thuật cho ống khoan dưới dạng sản phẩm hoàn chỉnh, trong khi các khớp nối dụng cụ được ren và đo theo API Spec 7{2}}2 và thường được sản xuất bằng hợp kim crom-molypden chẳng hạn như loại 4137M và 4140/4145H đã sửa đổi. Việc lựa chọn cổ khoan và vật liệu nặng tuân theo cùng một logic về độ bền cao và độ dẻo dai.
Các yêu cầu truyền động là khả năng chịu kéo ở độ sâu, khả năng chống mỏi trong dây quay, độ mài mòn bên trong do bùn mài mòn, độ mài mòn bên ngoài đối với vỏ và khả năng chống ăn mòn đối với chất lỏng hình thành có chứa clorua, carbon dioxide hoặc hydro sunfua.
So sánh vật liệu ống khoan
| Vật liệu | Ưu điểm chính | Hạn chế chính | Nhiệm vụ điển hình |
|---|---|---|---|
| Thép cacbon đạt API 5DP | Chi phí thấp, độ bền cao, dễ gia công và sửa chữa | Chống ăn mòn và mài mòn kém; rỉ sét và có thể bị hỏng do mỏi hoặc bị rửa trôi | Giếng dầu, khí đốt và nước thông thường |
| Thép hợp kim | Khả năng chống mài mòn và ăn mòn tốt hơn thép cacbon trơn; sức mạnh cao hơn | Chi phí cao hơn; cần xử lý nhiệt có kiểm soát và đôi khi-làm nóng trước để hàn sửa chữa | Giếng địa nhiệt, giếng nước, giếng dầu có nhu cầu |
| Thép không gỉ | Chống ăn mòn tốt, giữ được độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp | Chi phí cao nhất của các lựa chọn kim loại; cường độ năng suất thấp hơn so với các loại hợp kim được tôi luyện và tôi luyện | Công việc ngoài khơi, khoan nước ngầm có hàm lượng clorua cao- và nước ngầm nông |
| Thép công cụ tốc độ cao- | Độ cứng và khả năng chống mài mòn rất cao | Chi phí cao; cần tốc độ quay và công suất truyền động cao hơn | Thành tạo đá rất cứng |
| cacbua xi măng | Độ bền cao và khả năng chống mài mòn đặc biệt | Đắt tiền và giòn; nhạy cảm với tác động | Các mỏ đá cứng và khoáng sản |
| Hợp kim nhôm | Nhẹ, dễ gia công, chống ăn mòn tốt | Khả năng chịu tải và khả năng chống uốn thấp hơn | Đất mềm, phù sa, vùng có lượng mưa-cao |
| Vật liệu tổng hợp | Nhẹ, cường độ riêng cao, chống ăn mòn, tuổi thọ cao | Chi phí cao; xử lý, kiểm tra chuyên ngành | Những giếng rất sâu và trọng lượng{0}}rất quan trọng |
Yêu cầu về cấp độ, sức mạnh và tiêu chuẩn
Các loại ống khoan API 5DP được chỉ định là E-75, X-95, G-105 và S-135. Con số trong cấp cho biết cường độ năng suất tối thiểu của thân ống tính bằng hàng nghìn pound trên inch vuông, vì vậy E-75 yêu cầu cường độ năng suất tối thiểu là 75 ksi, xấp xỉ 517 MPa và S-135 yêu cầu 135 ksi, hoặc khoảng 931 MPa. Độ bền chảy được biểu thị dưới dạng một phạm vi với mức tối đa được chỉ định, sao cho dây có thể được thiết kế với biên độ có thể dự đoán được và đường ống vẫn giữ được độ dẻo.
Tiêu chuẩn này cũng xác định tình trạng hư hỏng ở mỗi đầu, dù là hư hỏng bên ngoài, hư hỏng bên trong hay hư hỏng trung gian bên ngoài, cùng với chuỗi độ dày của thành, dung sai đường kính bên trong và yêu cầu về độ giãn dài. Kiểm tra độ bền kéo của thân ống, xác minh độ cứng và kiểm tra không phá hủy toàn bộ chiều dài{1}}không{2}}là một phần trong yêu cầu giao hàng. Bởi vì dây thành phẩm chỉ bền bằng kết nối ren yếu nhất của nó, nên dạng ren, độ cứng và thước đo của mối nối dụng cụ tuân theo thông số kỹ thuật của mối nối dụng cụ riêng biệt thay vì cấp độ thân ống.
Cách chọn vật liệu
Bắt đầu với trường hợp tải.Độ sâu, trọng lượng bùn và mức độ nghiêm trọng của chân chó quyết định cường độ năng suất cần thiết; Sau đó, cấp độ được chọn để dây hoạt động dưới một tỷ lệ phần trăm năng suất xác định về độ căng.
Khớp khớp nối dụng cụ với thân ống.Kích thước bên trong và bên ngoài của mối nối dụng cụ, loại ren và-mô-men xoắn tạo thành phải phù hợp với loại thân ống và thiết bị xử lý tại chỗ.
Kiểm tra tính chất hóa học của giếng.Clorua, cacbon dioxit và hydro sunfua quyết định đến các cấp độ-chống ăn mòn và khi có mặt hydro sunfua thì giới hạn độ cứng và điều kiện xử lý nhiệt bị hạn chế.
Hãy xem xét sự hao mòn trong cuộc sống.Trong các giếng lệch và các thành tạo mài mòn, đai rèn cứng của mối nối dụng cụ hoặc dây hợp kim-chống mài mòn làm giảm tần suất thay thế mặc dù đơn giá cao hơn.
Điều kiện xử lý cân.Ở những địa điểm xa bờ và xa xôi, trọng lượng của tùy chọn nhôm hoặc composite có thể bù đắp cho mức giá cao hơn thông qua tải trọng xử lý thấp hơn.
Điểm kiểm tra và lỗi thường gặp
Ống khoan được kiểm tra như một vật tư tiêu hao có tuổi thọ xác định. Chương trình thông thường bao gồm đo độ dày thành khi chạy -không ổn định, kiểm tra siêu âm hoặc điện từ của thân máy, kiểm tra chất từ tính hoặc thuốc nhuộm thẩm thấu của ren và vai của khớp nối dụng cụ, đo ren, kiểm tra độ cứng và đo đường kính ngoài của khớp nối dụng cụ để khớp nối được loại bỏ khỏi hoạt động trước khi thành bị mòn.
Hầu hết các lỗi dịch vụ đều bắt đầu ở một trong bốn vị trí: quá trình chuyển đổi bị xáo trộn bên trong, nơi tập trung ứng suất và ăn mòn gặp nhau; gốc ren của mối nối dụng cụ, nơi bắt đầu có vết nứt do mỏi; khu vực trượt, nơi các vết xử lý trở thành vết nứt; và bất kỳ vị trí hao mòn bên ngoài hoặc rỗ ăn mòn nào. Hồ sơ về việc luân chuyển, kết quả kiểm tra và sửa chữa tích lũy là những gì cho phép loại bỏ một chuỗi dựa trên bằng chứng thay vì bề ngoài.
Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Vật liệu ống khoan phổ biến nhất là gì?
Thép hợp kim và cacbon được tôi và tôi luyện đạt API 5DP, với cấp độ E-75, X-95, G-105 và S-135 bao gồm hầu hết các hoạt động khoan dầu, khí đốt, nước và địa nhiệt. Các loại hợp kim và các tùy chọn chống ăn mòn được lựa chọn cho các điều kiện ăn mòn đòi hỏi khắt khe về hóa học tốt hoặc đòi hỏi khắt khe.
Hỏi: Số cấp trong E-75 hoặc S-135 có nghĩa là gì?
Đó là cường độ năng suất tối thiểu của thân ống được biểu thị bằng hàng nghìn pound trên inch vuông. E-75 tương ứng với khoảng 517 MPa và S-135 tương ứng với khoảng 931 MPa, mỗi loại được chỉ định là một phạm vi có mức tối đa cũng như mức tối thiểu.
Hỏi: Thân ống và khớp nối dụng cụ có được làm từ cùng một loại thép không?
Thường thì không. Thân ống tuân theo API 5DP, trong khi các khớp nối dụng cụ được làm từ các loại hợp kim molypden-crom{3}}có độ cứng cao hơn và được ren và đo theo API Spec 7-2, do đó, hai thông số kỹ thuật được đặt hàng và kiểm tra riêng biệt.
Câu hỏi: Khi nào nên chọn cấp độ-chống ăn mòn thay vì thép cacbon?
Khi chất lỏng giếng có chứa clorua, carbon dioxide hoặc hydrogen sulfide hoặc khi dây được sử dụng ngoài khơi. Trong những trường hợp đó, chi phí ban đầu cao hơn của ống không gỉ hoặc hợp kim thường được thu hồi thông qua việc giảm chi phí kiểm tra, sửa chữa và thay thế.
Hỏi: Tại sao ống khoan bị hỏng ngay cả khi loại vật liệu đúng?
Bởi vì hư hỏng thường là do mệt mỏi hoặc bị mài mòn chứ không phải là sự thiếu hụt sức mạnh đơn giản. Các vết nứt bắt đầu tại các điểm tăng ứng suất như chuyển tiếp không ổn định, rễ ren, vết trượt và hố ăn mòn, tất cả đều được phát hiện bởi chương trình kiểm tra theo lịch trình thay vì lựa chọn cấp độ.
Hỏi: Ống khoan được kiểm tra khi đang sử dụng như thế nào?
Bằng cách kết hợp đo độ dày thành, kiểm tra thân bằng siêu âm hoặc điện từ, kiểm tra hạt từ tính hoặc chất nhuộm thẩm thấu của ren và vai, đo ren, kiểm tra độ cứng và đo đường kính khớp dụng cụ, tất cả đều được ghi lại theo lịch sử đường ống.
