Ống OCTGChúng chủ yếu được sử dụng để khoan giếng dầu khí và vận chuyển dầu khí. Chúng bao gồm ống khoan dầu, ống bao giếng dầu và ống khai thác dầu khí.Ống OCTGChúng chủ yếu được sử dụng để kết nối cổ khoan và mũi khoan, cũng như truyền lực khoan.Ống chống giếng dầu chủ yếu được sử dụng để nâng đỡ thành giếng trong quá trình khoan và sau khi hoàn thành, đảm bảo hoạt động bình thường của toàn bộ giếng dầu trong suốt quá trình khoan và sau khi hoàn thành. Dầu và khí ở đáy giếng dầu chủ yếu được vận chuyển lên bề mặt bằng ống bơm dầu.
Ống chống giếng dầu là huyết mạch duy trì hoạt động của các giếng dầu. Do điều kiện địa chất khác nhau, trạng thái ứng suất dưới lòng đất rất phức tạp, và tác động tổng hợp của lực căng, lực nén, lực uốn và lực xoắn lên thân ống chống tạo ra yêu cầu cao về chất lượng của chính ống chống. Một khi ống chống bị hư hỏng vì bất kỳ lý do nào, nó có thể dẫn đến giảm sản lượng hoặc thậm chí phải loại bỏ toàn bộ giếng.
Dựa trên độ bền của thép, ống chống có thể được chia thành các mác thép khác nhau, ví dụ như J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110, Q125, V150, v.v. Mác thép được sử dụng thay đổi tùy thuộc vào điều kiện và độ sâu của giếng. Trong môi trường ăn mòn, ống chống cũng cần có khả năng chống ăn mòn. Ở những khu vực có điều kiện địa chất phức tạp, ống chống cũng cần có khả năng chống sụp đổ.
I. Kiến thức cơ bản về ống OCTG
1. Giải thích các thuật ngữ chuyên ngành liên quan đến đường ống dẫn dầu khí.
API: là viết tắt của Viện Dầu khí Hoa Kỳ (American Petroleum Institute).
OCTG: Đây là viết tắt của Oil Country Tubular Goods, có nghĩa là các loại ống chuyên dụng cho ngành dầu khí, bao gồm ống chống dầu thành phẩm, ống khoan, cổ khoan, vòng nối, khớp nối ngắn, v.v.
Ống dẫn dầu: Ống được sử dụng trong giếng dầu để khai thác dầu, khai thác khí, bơm nước và nứt vỡ thủy lực bằng axit.
Ống bao giếng: Ống được hạ từ mặt đất xuống giếng khoan để làm lớp lót ngăn thành giếng bị sụp đổ.
Ống khoan: Ống dùng để khoan giếng.
Ống dẫn: Ống dùng để vận chuyển dầu hoặc khí đốt.
Vòng chặn ren: Các hình trụ được sử dụng để nối hai ống có ren trong với nhau.
Vật liệu nối: Ống dùng để sản xuất các khớp nối.
Ren API: Ren ống được quy định theo tiêu chuẩn API 5B, bao gồm ren tròn ống dầu, ren tròn ngắn ống casing, ren tròn dài ống casing, ren hình thang lệch tâm ống casing, ren ống dẫn và vân vân.
Khóa đặc biệt: Ren không theo tiêu chuẩn API, có đặc tính làm kín, kết nối và các đặc tính khác đặc biệt.
Hỏng hóc: biến dạng, gãy vỡ, hư hại bề mặt và mất chức năng ban đầu trong điều kiện vận hành cụ thể. Các dạng hỏng hóc chính của vỏ giếng dầu bao gồm: ép đùn, trượt, vỡ, rò rỉ, ăn mòn, dính kết, mài mòn, v.v.
2. Các tiêu chuẩn liên quan đến dầu khí
API 5CT: Quy chuẩn về ống bao và ống dẫn (hiện là phiên bản mới nhất của ấn bản thứ 8)
API 5D: Thông số kỹ thuật ống khoan (phiên bản mới nhất của ấn bản thứ 5)
API 5L: Tiêu chuẩn kỹ thuật ống thép dùng cho đường ống (phiên bản mới nhất của ấn bản thứ 44)
API 5B: Quy chuẩn về gia công, đo lường và kiểm tra ren ống vỏ, ống dẫn dầu và ống dẫn khí.
GB/T 9711.1-1997: Điều kiện kỹ thuật cung cấp ống thép dùng cho vận chuyển trong ngành dầu khí Phần 1: Ống thép loại A
GB/T9711.2-1999: Điều kiện kỹ thuật giao hàng ống thép dùng cho vận chuyển trong ngành dầu khí Phần 2: Ống thép cấp B
GB/T9711.3-2005: Điều kiện kỹ thuật giao hàng ống thép dùng trong vận chuyển dầu khí Phần 3: Ống thép cấp C
II. Ống dẫn dầu
1. Phân loại ống dẫn dầu
Ống dẫn dầu được chia thành ống không gia cường (Non-Upset - NU), ống gia cường bên ngoài (External Upset - EU) và ống nối liền khối. Ống không gia cường là loại ống có đầu được ren mà không cần gia cường và được trang bị khớp nối. Ống gia cường bên ngoài là loại ống có hai đầu được gia cường bên ngoài, sau đó được ren và lắp kẹp. Ống nối liền khối là loại ống được nối trực tiếp mà không cần khớp nối, một đầu được ren qua ren ngoài được gia cường bên trong và đầu kia được ren qua ren trong được gia cường bên ngoài.
2. Vai trò của ống dẫn
① Khai thác dầu khí: Sau khi các giếng dầu khí được khoan và trám xi măng, ống dẫn được đặt vào trong ống chống giếng để bơm dầu khí lên mặt đất.
②. Bơm nước: Khi áp suất dưới giếng không đủ, bơm nước vào giếng thông qua ống dẫn.
③. Bơm hơi nước: Trong quá trình thu hồi dầu đặc bằng phương pháp nhiệt, hơi nước được đưa vào giếng thông qua các đường ống dẫn dầu cách nhiệt.
(iv) Xử lý axit và nứt vỡ: Ở giai đoạn cuối của quá trình khoan giếng hoặc để cải thiện sản lượng giếng dầu khí, cần phải đưa môi trường xử lý axit và nứt vỡ hoặc vật liệu đóng rắn vào tầng dầu khí, và môi trường cũng như vật liệu đóng rắn được vận chuyển qua đường ống dẫn dầu.
3. Mác thép của ống dẫn dầu
Các mác thép dùng cho ống dẫn dầu là: H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
Thép N80 được chia thành N80-1 và N80Q, cả hai đều có tính chất kéo như nhau, điểm khác biệt nằm ở trạng thái xuất xưởng và khả năng chịu va đập. Thép N80-1 được xuất xưởng ở trạng thái thường hóa hoặc khi nhiệt độ cán cuối cùng lớn hơn nhiệt độ tới hạn Ar3 và giảm độ bền kéo sau khi làm nguội bằng không khí, có thể được sử dụng để tìm giải pháp thay thế cho cán nóng thường hóa, không yêu cầu kiểm tra va đập và kiểm tra không phá hủy; thép N80Q phải được tôi (làm nguội và ram) xử lý nhiệt, khả năng chịu va đập phải phù hợp với các quy định của API 5CT và phải được kiểm tra không phá hủy.
Ống L80 được chia thành L80-1, L80-9Cr và L80-13Cr. Tính chất cơ học và tình trạng cung cấp của chúng là như nhau. Sự khác biệt nằm ở mục đích sử dụng, độ khó sản xuất và giá cả: L80-1 là loại thông dụng, còn L80-9Cr và L80-13Cr là loại ống có khả năng chống ăn mòn cao, khó sản xuất, giá thành cao, thường được sử dụng cho các giếng khoan có độ ăn mòn cao.
C90 và T95 được chia thành loại 1 và loại 2, tức là C90-1, C90-2 và T95-1, T95-2.
4. Các loại thép, cấp độ và tình trạng giao hàng thường dùng của ống dẫn dầu.
Mác thép, cấp độ, Tình trạng giao hàng
Ống dẫn dầu J55, ống dẫn dầu dẹt 37Mn5: cán nóng thay vì tôi hóa.
Ống dẫn dầu dày: được chuẩn hóa toàn bộ chiều dài sau khi làm dày.
Ống N80-1 36Mn2V dạng dẹt: cán nóng thay vì tôi thường hóa.
Ống dẫn dầu dày: được chuẩn hóa toàn bộ chiều dài sau khi làm dày.
Ống dẫn dầu N80-Q 30Mn5 tôi luyện toàn bộ chiều dài
Ống dẫn dầu L80-1 30Mn5 tôi luyện toàn bộ chiều dài
Ống dẫn dầu P110 25CrMnMo tôi luyện toàn bộ chiều dài
Khớp nối J55 37Mn5 cán nóng chuẩn hóa trực tuyến
Tôi luyện toàn bộ chiều dài khớp nối N80 28MnTiB
L80-1 kết hợp 28MnTiB tôi luyện toàn bộ chiều dài
Kẹp P110 bằng thép tôi cứng toàn chiều dài 25CrMnMo
III. Vỏ
1. Phân loại và vai trò của vỏ bọc
Ống chống (casing) là loại ống thép dùng để nâng đỡ thành giếng dầu khí. Mỗi giếng sử dụng nhiều lớp ống chống tùy thuộc vào độ sâu khoan và điều kiện địa chất khác nhau. Xi măng được dùng để gắn kết ống chống sau khi hạ xuống giếng, và không giống như ống dẫn dầu và ống khoan, xi măng không thể tái sử dụng và thuộc loại vật liệu tiêu hao dùng một lần. Do đó, lượng tiêu thụ ống chống chiếm hơn 70% tổng lượng ống giếng dầu. Ống chống có thể được phân loại thành: ống dẫn phụ (conduit), ống chống bề mặt (surface casing), ống chống kỹ thuật (tech casing) và ống chống dầu (oil casing) theo mục đích sử dụng, và cấu trúc của chúng trong giếng dầu được thể hiện trong hình dưới đây.
2. Vỏ dây dẫn
Chủ yếu được sử dụng để khoan ở đại dương và sa mạc nhằm tách nước biển và cát, đảm bảo quá trình khoan diễn ra suôn sẻ. Các thông số kỹ thuật chính của lớp vỏ giếng thứ 2 này là: Φ762mm(30in )×25.4mm, Φ762mm(30in)×19.06mm.
Ống chống bề mặt: Chủ yếu được sử dụng cho lần khoan đầu tiên, khoan mở bề mặt các tầng đất đá vụn đến tận nền đá, để bịt kín phần tầng đất đá vụn này khỏi bị sụp đổ, cần phải sử dụng ống chống bề mặt để bịt kín. Các thông số kỹ thuật chính của ống chống bề mặt: 508mm (20in), 406.4mm (16in), 339.73mm (13-3/8in), 273.05mm (10-3/4in), 244.48mm (9-5/9in), v.v. Độ sâu của ống hạ xuống phụ thuộc vào độ sâu của tầng đất đá vụn. Độ sâu của ống hạ xuống phụ thuộc vào độ sâu của tầng đất đá vụn, thường là 80~1500 m. Áp suất bên ngoài và bên trong của nó không lớn, và nó thường sử dụng thép mác K55 hoặc thép mác N80.
3. Vỏ kỹ thuật
Ống chống kỹ thuật được sử dụng trong quá trình khoan các tầng địa chất phức tạp. Khi gặp các phần phức tạp như lớp sụp đổ, lớp dầu, lớp khí, lớp nước, lớp rò rỉ, lớp muối, v.v., cần phải đặt ống chống kỹ thuật để bịt kín, nếu không thì không thể tiến hành khoan. Một số giếng sâu và phức tạp, độ sâu giếng đạt đến hàng ngàn mét, loại giếng sâu này cần đặt nhiều lớp ống chống kỹ thuật, yêu cầu về tính chất cơ học và khả năng bịt kín rất cao, mác thép sử dụng cũng cao hơn, ngoài K55, còn sử dụng nhiều loại N80 và P110, một số giếng sâu còn sử dụng Q125 hoặc thậm chí các mác thép không đạt chuẩn API cao hơn, chẳng hạn như V150. Các thông số kỹ thuật chính của vỏ kỹ thuật như sau: 339,73mm (13-3/8in), 273,05mm (10-3/4in), 244,48mm (9-5/8in), 219,08mm (8-5/8in), 193,68mm (7-5/8in), 177,8mm (7in), v.v.
4. Vỏ dầu
Khi khoan giếng đến tầng chứa dầu khí, cần sử dụng ống chống dầu để bịt kín tầng dầu khí và các tầng lộ thiên phía trên, bên trong ống chống dầu chính là tầng dầu. Ống chống dầu là loại ống được sử dụng ở độ sâu giếng sâu nhất, do đó yêu cầu về tính chất cơ học và khả năng bịt kín cũng cao nhất, sử dụng các mác thép như K55, N80, P110, Q125, V150, v.v. Các thông số kỹ thuật chính của ống chống địa tầng là: 177,8mm (7in), 168,28mm (6-5/8in), 139,7mm (5-1/2in), 127mm (5in), 114,3mm (4-1/2in), v.v. Ống chống địa tầng là loại ống được sử dụng ở độ sâu giếng sâu nhất, và tính chất cơ học cũng như khả năng bịt kín của nó là cao nhất.
V. Ống khoan
1. Phân loại và vai trò của ống dùng trong dụng cụ khoan
Ống khoan bao gồm ống khoan vuông, ống khoan thông thường, ống khoan có trọng lượng và cổ khoan. Ống khoan là dụng cụ khoan lõi, có chức năng đẩy mũi khoan từ mặt đất lên đáy giếng, đồng thời cũng là đường dẫn từ mặt đất lên đáy giếng. Nó có ba vai trò chính: ① truyền mô-men xoắn để đẩy mũi khoan khoan; ② dựa vào trọng lượng của chính nó để tạo áp lực lên mũi khoan phá vỡ đá ở đáy giếng; ③ vận chuyển dung dịch rửa giếng, tức là bùn khoan, từ mặt đất thông qua bơm bùn áp suất cao, vào lỗ khoan của cột khoan để chảy xuống đáy giếng, rửa sạch mảnh vụn đá và làm mát mũi khoan, đồng thời mang mảnh vụn đá qua không gian hình vòng giữa bề mặt ngoài của cột và thành giếng trở lại mặt đất, nhằm mục đích khoan giếng. Trong quá trình khoan, ống khoan phải chịu nhiều loại tải trọng biến đổi phức tạp, chẳng hạn như lực kéo, lực nén, lực xoắn, lực uốn và các ứng suất khác; bề mặt bên trong cũng chịu tác động của bùn áp suất cao và sự ăn mòn.
(1) Ống khoan vuông: Ống khoan vuông có hai loại: loại tứ giác và loại lục giác. Mỗi bộ cần khoan dầu của Trung Quốc thường sử dụng ống khoan loại tứ giác. Thông số kỹ thuật của nó là: 63,5mm (2-1/2in), 88,9mm (3-1/2in), 107,95mm (4-1/4in), 133,35mm (5-1/4in), 152,4mm (6in), v.v. Chiều dài thường dùng là 12~14,5m.
(2) Ống khoan: Ống khoan là dụng cụ chính để khoan giếng, được nối với đầu dưới của ống khoan vuông, và khi giếng khoan tiếp tục sâu thêm, ống khoan sẽ tiếp tục kéo dài cột khoan từng đoạn một. Thông số kỹ thuật của ống khoan là: 60,3mm (2-3/8in), 73,03mm (2-7/8in), 88,9mm (3-1/2in), 114,3mm (4-1/2in), 127mm (5in), 139,7mm (5-1/2in) và vân vân.
(3) Ống khoan có trọng lượng: Ống khoan có trọng lượng là một công cụ chuyển tiếp kết nối ống khoan và cổ khoan, có thể cải thiện điều kiện lực của ống khoan cũng như tăng áp lực lên mũi khoan. Các thông số kỹ thuật chính của ống khoan có trọng lượng là 88,9mm (3-1/2in) và 127mm (5in).
(4) Cổ khoan: cổ khoan được nối với phần dưới của ống khoan, là một loại ống đặc biệt có thành dày và độ cứng cao, tạo áp lực lên mũi khoan để phá vỡ đá và có thể đóng vai trò dẫn hướng khi khoan giếng thẳng. Các thông số kỹ thuật phổ biến của cổ khoan là: 158,75mm (6-1/4in), 177,85mm (7in), 203,2mm (8in), 228,6mm (9in), v.v.
V. Ống dẫn
1. Phân loại ống dẫn
Ống thép được sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí để vận chuyển dầu thô, dầu tinh chế, khí tự nhiên và nước. Hệ thống đường ống vận chuyển dầu khí chủ yếu được chia thành ba loại: đường ống chính, đường ống nhánh và đường ống mạng lưới đô thị. Đường ống chính thường có đường kính 406 ~ 1219mm, độ dày thành ống 10 ~ 25mm, mác thép X42 ~ X80; đường ống nhánh và đường ống mạng lưới đô thị thường có đường kính 114 ~ 700mm, độ dày thành ống 6 ~ 20mm, mác thép X42 ~ X80. Đường ống nhánh và đường ống đô thị thường có đường kính 114-700mm, độ dày thành ống 6-20mm, mác thép X42-X80.
Ống dẫn có loại ống thép hàn, loại ống thép liền mạch, trong đó ống thép hàn được sử dụng phổ biến hơn ống thép liền mạch.
2. Tiêu chuẩn ống dẫn
Tiêu chuẩn ống dẫn là API 5L "Thông số kỹ thuật ống thép đường ống", nhưng Trung Quốc năm 1997 đã ban hành hai tiêu chuẩn quốc gia cho ống thép đường ống: GB/T9711.1-1997 "Ngành công nghiệp dầu khí, phần 1 về điều kiện kỹ thuật cung cấp ống thép: Ống thép loại A" và GB/T9711.2-1997 "Ngành công nghiệp dầu khí, phần 2 về điều kiện kỹ thuật cung cấp ống thép: Ống thép loại B". Hai tiêu chuẩn này tương đương với API 5L, nhiều người dùng trong nước yêu cầu cung cấp theo hai tiêu chuẩn quốc gia này.
3. Giới thiệu về PSL1 và PSL2
PSL là viết tắt của cấp độ đặc tả sản phẩm. Cấp độ đặc tả sản phẩm ống dẫn được chia thành PSL1 và PSL2, cũng có thể nói rằng cấp độ chất lượng được chia thành PSL1 và PSL2. PSL1 cao hơn PSL2, hai cấp độ đặc tả này không chỉ khác nhau về yêu cầu thử nghiệm mà còn khác nhau về thành phần hóa học và tính chất cơ học. Vì vậy, theo tiêu chuẩn API 5L, các điều khoản trong hợp đồng ngoài việc quy định các thông số kỹ thuật, mác thép và các chỉ tiêu thông thường khác, còn phải chỉ rõ cấp độ đặc tả sản phẩm, tức là PSL1 hoặc PSL2.
PSL2 có các tiêu chuẩn khắt khe hơn PSL1 về thành phần hóa học, tính chất kéo, độ bền va đập, kiểm tra không phá hủy và các chỉ tiêu khác.
4. Mác thép và thành phần hóa học của ống dẫn dầu
Mác thép ống dẫn được phân loại từ thấp đến cao thành: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 và X80.
5. Áp suất nước trong đường ống và các yêu cầu không phá hủy
Việc kiểm tra thủy lực từng nhánh của đường ống phải được thực hiện, và tiêu chuẩn không cho phép tạo áp suất thủy lực không phá hủy, đây cũng là một điểm khác biệt lớn giữa tiêu chuẩn API và tiêu chuẩn của chúng ta.
PSL1 không yêu cầu kiểm tra không phá hủy, PSL2 cần thực hiện kiểm tra không phá hủy từng nhánh một.
VI. Kết nối cao cấp
1. Giới thiệu về Kết nối Cao cấp
Khóa đặc biệt khác với ren API ở cấu trúc ren ống đặc biệt. Mặc dù ống chống dầu ren API hiện có được sử dụng rộng rãi trong khai thác giếng dầu, nhưng nhược điểm của nó được thể hiện rõ trong môi trường đặc thù của một số mỏ dầu: ống trụ ren tròn API, mặc dù hiệu suất làm kín tốt hơn, nhưng lực kéo chịu bởi phần ren chỉ tương đương với 60% đến 80% độ bền của thân ống, do đó không thể sử dụng trong khai thác giếng sâu; ống trụ ren hình thang lệch API, hiệu suất kéo của phần ren chỉ tương đương với độ bền của thân ống, do đó không thể sử dụng trong giếng sâu; ống trụ ren hình thang lệch API, hiệu suất kéo không tốt. Mặc dù hiệu suất kéo của ống cao hơn nhiều so với kết nối ren tròn API, nhưng hiệu suất làm kín không tốt lắm, do đó không thể sử dụng trong khai thác giếng khí áp suất cao; Ngoài ra, mỡ bôi trơn ren chỉ phát huy tác dụng trong môi trường có nhiệt độ dưới 95℃, do đó không thể sử dụng trong khai thác giếng có nhiệt độ cao.
So với ren tròn API và ren hình thang một phần, kết nối Premium đã đạt được những tiến bộ đột phá ở các khía cạnh sau:
(1) khả năng làm kín tốt, thông qua thiết kế cấu trúc làm kín đàn hồi và kim loại, sao cho khả năng làm kín khí của mối nối đạt đến giới hạn của thân ống trong phạm vi áp suất chảy;
(2) độ bền cao của mối nối, với mối nối Premium Connection của vỏ dầu, độ bền của mối nối đạt hoặc vượt quá độ bền của thân ống, giải quyết triệt để vấn đề trượt;
(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 bị dính chỉ;
(4) thông qua việc tối ưu hóa cấu trúc, để sự phân bố ứng suất tại khớp nối hợp lý hơn, có lợi hơn cho khả năng chống ăn mòn do ứng suất;
(5) thông qua cấu trúc vai được thiết kế hợp lý, để thao tác khóa dễ thực hiện hơn.
Hiện nay, thế giới đã phát triển hơn 100 loại kết nối cao cấp với công nghệ được cấp bằng sáng chế.
Thời gian đăng bài: 21/02/2024