Tuberías OCTGSe utilizan principalmente para la perforación de pozos de petróleo y gas y para el transporte de petróleo y gas. Incluyen tuberías de perforación, revestimientos y tuberías de extracción de petróleo.Tuberías OCTGSe utilizan principalmente para conectar los portabrocas y las brocas, y para transmitir la potencia de perforación.El revestimiento de pozo petrolífero se utiliza principalmente para sostener el pozo durante la perforación y después de su finalización, garantizando así el funcionamiento normal de todo el pozo. El petróleo y el gas que se encuentran en el fondo del pozo se transportan a la superficie principalmente mediante la tubería de bombeo.
El revestimiento de los pozos petrolíferos es fundamental para su funcionamiento. Debido a las diversas condiciones geológicas, el estado de tensión bajo tierra es complejo, y los efectos combinados de tensión, compresión, flexión y torsión sobre el cuerpo del revestimiento exigen una alta calidad del mismo. Si el revestimiento se daña por algún motivo, puede provocar una reducción en la producción o incluso el desmantelamiento completo del pozo.
Según la resistencia del acero, el revestimiento se clasifica en diferentes grados, como J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110, Q125, V150, etc. El grado de acero utilizado varía según las condiciones y la profundidad del pozo. En ambientes corrosivos, se requiere que el revestimiento sea resistente a la corrosión. En zonas con condiciones geológicas complejas, también se requiere que el revestimiento tenga propiedades anticolapso.
I. Conocimientos básicos sobre tuberías OCTG
1. Explicación de términos especializados relacionados con tuberías de petróleo
API: es la abreviatura de Instituto Americano del Petróleo.
OCTG: Es la abreviatura de Oil Country Tubular Goods, que significa tubería específica para la industria petrolera, incluyendo revestimiento de petróleo terminado, tubería de perforación, collares de perforación, aros, juntas cortas, etc.
Tubería para pozos petrolíferos: Tubería utilizada en pozos petrolíferos para la extracción de petróleo, la extracción de gas, la inyección de agua y la fracturación ácida.
Revestimiento: Tubo que se baja desde la superficie de la tierra hasta el interior de un pozo perforado para revestir la pared del pozo y evitar su colapso.
Tubería de perforación: Tubo utilizado para perforar pozos.
Tubería de conducción: Tubería utilizada para transportar petróleo o gas.
Anillos de retención: Cilindros utilizados para conectar dos tuberías roscadas con rosca interna.
Material de acoplamiento: Tubo utilizado para la fabricación de acoplamientos.
Roscas API: Roscas para tuberías especificadas por la norma API 5B, que incluyen roscas redondas para tuberías de petróleo, roscas redondas cortas para revestimiento, roscas redondas largas para revestimiento, roscas trapezoidales desplazadas para revestimiento, roscas para tuberías de conducción, etc.
Hebilla especial: Roscas no API con propiedades especiales de sellado, conexión y otras características.
Fallo: deformación, fractura, daño superficial y pérdida de la función original bajo condiciones de servicio específicas. Las principales formas de fallo de la carcasa de la bomba de petróleo son: extrusión, deslizamiento, rotura, fuga, corrosión, adherencia, desgaste, etc.
2. Normas relacionadas con el petróleo
API 5CT: Especificación de revestimiento y tubería (actualmente la última versión de la 8.ª edición)
API 5D: Especificación de tubería de perforación (última versión de la 5ª edición)
API 5L: especificación de tuberías de acero para oleoductos (última versión de la 44.ª edición)
API 5B: Especificación para el mecanizado, medición e inspección de roscas de tuberías de revestimiento, tuberías de petróleo y tuberías de conducción.
GB/T 9711.1-1997: Condiciones técnicas para el suministro de tuberías de acero para el transporte en la industria del petróleo y el gas. Parte 1: Tuberías de acero de grado A.
GB/T9711.2-1999: Condiciones técnicas de suministro de tuberías de acero para el transporte en la industria del petróleo y el gas. Parte 2: Tuberías de acero de grado B.
GB/T9711.3-2005: Condiciones técnicas de suministro de tuberías de acero para el transporte de petróleo y gas natural. Parte 3: Tubería de acero de grado C.
II. Tubería de aceite
1. Clasificación de tuberías de petróleo
Las tuberías de petróleo se dividen en tuberías sin engrosamiento (NU), tuberías con engrosamiento externo (EU) y tuberías con junta integral. Las tuberías sin engrosamiento se refieren a un extremo roscado sin engrosamiento y equipado con un acoplamiento. Las tuberías con engrosamiento externo se refieren a dos extremos de tubería engrosados externamente, roscados y equipados con abrazaderas. Las tuberías con junta integral se refieren a una tubería conectada directamente sin acoplamiento, con un extremo roscado a través de una rosca externa engrosada internamente y el otro extremo roscado a través de una rosca interna engrosada externamente.
2. El papel de los tubos
①, Extracción de petróleo y gas: después de perforar y cementar los pozos de petróleo y gas, se coloca la tubería en el revestimiento de petróleo para extraer el petróleo y el gas al subsuelo.
2. Inyección de agua: cuando la presión en el fondo del pozo no es suficiente, se inyecta agua en el pozo a través de la tubería.
③, Inyección de vapor: En el proceso de recuperación térmica de petróleo espeso, se debe introducir vapor en el pozo a través de tuberías de petróleo aisladas.
(iv) Acidificación y fracturación: En la etapa final de la perforación de pozos o para mejorar la producción de pozos de petróleo y gas, es necesario introducir un medio acidificante y fracturante o un material de curado en la capa de petróleo y gas, y el medio y el material de curado se transportan a través del oleoducto.
3. Grado de acero de la tubería de petróleo
Los grados de acero para tuberías de petróleo son: H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
El N80 se divide en N80-1 y N80Q. Ambos tienen las mismas propiedades de tracción, pero se diferencian en el estado de suministro y el rendimiento al impacto. El N80-1 se suministra en estado normalizado o cuando la temperatura final de laminación es superior a la temperatura crítica Ar3 y se produce una reducción de la tensión tras el enfriamiento al aire. Puede utilizarse como alternativa al laminado en caliente normalizado y no requiere ensayos de impacto ni ensayos no destructivos. El N80Q debe someterse a un tratamiento térmico de revenido (templado y revenido), y su función de impacto debe cumplir con las disposiciones de la norma API 5CT, además de requerir ensayos no destructivos.
El L80 se divide en L80-1, L80-9Cr y L80-13Cr. Sus propiedades mecánicas y condiciones de suministro son las mismas. Las diferencias radican en su uso, dificultad de producción y precio. El L80-1 es de uso general, mientras que el L80-9Cr y el L80-13Cr son tuberías de alta resistencia a la corrosión, de difícil producción y costosas, utilizadas generalmente en pozos con alta corrosión.
Los modelos C90 y T95 se dividen en tipo 1 y tipo 2, es decir, C90-1, C90-2 y T95-1, T95-2.
4. Grado de acero comúnmente utilizado, grado y estado de entrega de tuberías de petróleo
Grado de acero Estado de entrega
Tubo de petróleo J55 Tubo de petróleo plano 37Mn5: laminado en caliente en lugar de normalizado
Tubería de petróleo engrosada: normalizada en toda su longitud después del engrosamiento.
Tubos N80-1 36Mn2V Tubos planos: laminados en caliente en lugar de normalizados
Tubería de petróleo engrosada: normalizada en toda su longitud después del engrosamiento.
Tubo de aceite N80-Q 30Mn5 templado de longitud completa
Tubo de aceite L80-1, acero inoxidable 30Mn5, templado de longitud completa
Tubo de aceite P110 25CrMnMo templado de longitud completa
Acoplamiento J55 37Mn5 laminado en caliente normalización en línea
Acoplamiento N80, templado de longitud completa 28MnTiB
Acoplamiento L80-1, templado de longitud completa 28MnTiB
Abrazaderas P110 de acero templado 25CrMnMo de longitud completa
III. Carcasa
1. Categorización y función del revestimiento
El revestimiento es un tubo de acero que soporta la pared de los pozos de petróleo y gas. Se utilizan varias capas de revestimiento en cada pozo, según la profundidad de perforación y las condiciones geológicas. El cemento se utiliza para fijar el revestimiento una vez introducido en el pozo y, a diferencia de las tuberías de perforación y de petróleo, no se puede reutilizar, ya que se considera un material desechable. Por lo tanto, el consumo de revestimiento representa más del 70 % del total de tuberías de pozos petrolíferos. El revestimiento se puede clasificar en: conducto, revestimiento superficial, revestimiento técnico y revestimiento de petróleo, según su uso. Sus estructuras en los pozos petrolíferos se muestran en la siguiente imagen.
2. Cubierta del conductor
Utilizado principalmente para perforaciones en el océano y el desierto para separar el agua de mar y la arena para asegurar el progreso fluido de la perforación, las especificaciones principales de esta capa de revestimiento 2 son: Φ762 mm (30 pulgadas) × 25,4 mm, Φ762 mm (30 pulgadas) × 19,06 mm.
Revestimiento superficial: Se utiliza principalmente para la primera perforación, perforando la superficie de los estratos sueltos hasta el lecho rocoso, para sellar esta parte de los estratos y evitar su colapso, es necesario sellarla con el revestimiento superficial. Las especificaciones principales del revestimiento superficial son: 508 mm (20 pulg.), 406,4 mm (16 pulg.), 339,73 mm (13-3/8 pulg.), 273,05 mm (10-3/4 pulg.), 244,48 mm (9-5/9 pulg.), etc. La profundidad de la tubería de descenso depende de la profundidad de la formación blanda. La profundidad de la tubería inferior depende de la profundidad del estrato suelto, que generalmente es de 80 a 1500 m. Su presión externa e interna no es grande, y generalmente se adopta acero de grado K55 o N80.
3. Carcasa técnica
El revestimiento técnico se utiliza en el proceso de perforación de formaciones complejas. Al encontrar partes complejas como capas colapsadas, de petróleo, de gas, de agua, de fugas, de pasta salina, etc., es necesario instalar el revestimiento técnico para sellarlas; de lo contrario, no se puede realizar la perforación. Algunos pozos son profundos y complejos, alcanzando profundidades de miles de metros. Este tipo de pozos profundos requieren la instalación de varias capas de revestimiento técnico, cuyas propiedades mecánicas y requisitos de sellado son muy exigentes. El uso de aceros de alta calidad también es superior; además del K55, se utilizan con mayor frecuencia los grados N80 y P110. Algunos pozos profundos también utilizan el Q125 o incluso grados no API superiores, como el V150. Las especificaciones principales de la carcasa técnica son: 339,73 mm (13-3/8 pulg.), 273,05 mm (10-3/4 pulg.), 244,48 mm (9-5/8 pulg.), 219,08 mm (8-5/8 pulg.), 193,68 mm (7-5/8 pulg.), 177,8 mm (7 pulg.) y así sucesivamente.
4. Revestimiento de petróleo
Cuando se perfora un pozo hasta la capa de destino (la capa que contiene petróleo y gas), es necesario utilizar la tubería de revestimiento para sellar la capa de petróleo y gas y los estratos superiores expuestos, y el interior de la tubería de revestimiento es la capa de petróleo. La tubería de revestimiento en todos los tipos de revestimiento en la mayor profundidad del pozo, sus propiedades mecánicas y requisitos de rendimiento de sellado también son los más altos, utilizando acero grado K55, N80, P110, Q125, V150 y otros. Las especificaciones principales de la tubería de revestimiento de formación son: 177,8 mm (7 pulg.), 168,28 mm (6-5/8 pulg.), 139,7 mm (5-1/2 pulg.), 127 mm (5 pulg.), 114,3 mm (4-1/2 pulg.), etc. La tubería de revestimiento es la más profunda entre todos los tipos de pozos, y su rendimiento mecánico y rendimiento de sellado son los más altos.
Tubo de perforación V
1. Clasificación y función de las tuberías para herramientas de perforación
La tubería de perforación, compuesta por tubos cuadrados, tubos de perforación, tubos de perforación lastrados y collares de perforación, forma parte de las herramientas de perforación. La tubería de perforación es la herramienta principal que impulsa la broca desde el suelo hasta el fondo del pozo, y también constituye un conducto desde el suelo hasta el fondo del pozo. Tiene tres funciones principales: ① transmitir el par motor para impulsar la broca; ② ejercer presión sobre la broca mediante su propio peso para romper la roca en el fondo del pozo; ③ transportar el fluido de lavado del pozo, es decir, el lodo de perforación, a través del suelo mediante bombas de lodo de alta presión, hacia el pozo de la columna de perforación para que fluya hacia el fondo del pozo, arrastrando los detritos de roca y enfriando la broca; y transportar los detritos de roca a través del espacio anular entre la superficie exterior de la columna y la pared del pozo para que regresen al suelo, logrando así el objetivo de la perforación del pozo. Durante el proceso de perforación, la tubería de perforación debe soportar una variedad de cargas alternas complejas, como tensión, compresión, torsión, flexión y otras tensiones; además, su superficie interior está sujeta a la erosión y corrosión causadas por el lodo a alta presión.
(1) Tubo de perforación cuadrado: El tubo de perforación cuadrado tiene dos tipos: cuadrilátero y hexagonal. En China, cada conjunto de varillas de perforación de petróleo suele utilizar un tubo de perforación cuadrilátero. Sus especificaciones son: 63,5 mm (2-1/2 pulg.), 88,9 mm (3-1/2 pulg.), 107,95 mm (4-1/4 pulg.), 133,35 mm (5-1/4 pulg.), 152,4 mm (6 pulg.), etc. La longitud habitual es de 12 a 14,5 m.
(2) Tubería de perforación: La tubería de perforación es la herramienta principal para perforar pozos, conectada al extremo inferior de la tubería de perforación cuadrada, y a medida que el pozo se profundiza, la tubería de perforación va alargando la columna de perforación una tras otra. Las especificaciones de la tubería de perforación son: 60,3 mm (2-3/8 pulg.), 73,03 mm (2-7/8 pulg.), 88,9 mm (3-1/2 pulg.), 114,3 mm (4-1/2 pulg.), 127 mm (5 pulg.), 139,7 mm (5-1/2 pulg.), etc.
(3) Tubería de perforación lastrada: La tubería de perforación lastrada es una herramienta de transición que conecta la tubería de perforación con el collarín de perforación, lo que mejora la resistencia de la tubería y aumenta la presión sobre la broca. Las especificaciones principales de la tubería de perforación lastrada son 88,9 mm (3-1/2 pulg.) y 127 mm (5 pulg.).
(4) Collar de perforación: el collar de perforación se conecta a la parte inferior de la tubería de perforación. Se trata de una tubería especial de paredes gruesas y alta rigidez que ejerce presión sobre la broca para romper la roca y sirve de guía al perforar pozos rectos. Las especificaciones comunes del collar de perforación son: 158,75 mm (6-1/4 pulg.), 177,85 mm (7 pulg.), 203,2 mm (8 pulg.), 228,6 mm (9 pulg.), etc.
Tubería de línea V.
1. Clasificación de tuberías de conducción
Las tuberías de línea se utilizan en la industria del petróleo y el gas para el transporte de petróleo, petróleo refinado, gas natural y agua mediante tuberías de acero. El transporte de petróleo y gas por oleoductos se divide principalmente en tres tipos: oleoducto principal, oleoducto ramal y oleoducto de red urbana. Las especificaciones habituales para el oleoducto principal son de ∮ 406 ~ 1219 mm, con un espesor de pared de 10 ~ 25 mm y acero de grado X42 ~ X80; los oleoductos ramales y de red urbana tienen especificaciones habituales de 114 ~ 700 mm, con un espesor de pared de 6 ~ 20 mm y acero de grado X42 ~ X80. Las especificaciones habituales para los oleoductos alimentadores y urbanos son de 114-700 mm, con un espesor de pared de 6-20 mm y acero de grado X42-X80.
La tubería de conducción puede ser de acero soldado o sin costura; sin embargo, la tubería de acero soldado se utiliza más que la tubería de acero sin costura.
2. Estándar de tubería de línea
El estándar para tuberías de oleoductos es API 5L, pero China promulgó en 1997 dos normas nacionales para tuberías: GB/T9711.1-1997, "Industria del petróleo y el gas, primera parte de las condiciones técnicas de suministro de tuberías de acero: tuberías de acero de grado A", y GB/T9711.2-1997, "Industria del petróleo y el gas, segunda parte de las condiciones técnicas de suministro de tuberías de acero: tuberías de acero de grado B". Estas dos normas son equivalentes a API 5L, y muchos usuarios nacionales requieren el suministro de tuberías que cumplan con estas dos normas nacionales.
3. Acerca de PSL1 y PSL2
PSL es la abreviatura de nivel de especificación del producto. El nivel de especificación del producto de tubería se divide en PSL1 y PSL2, lo que también puede decirse que el nivel de calidad se divide en PSL1 y PSL2. PSL1 es superior a PSL2; los dos niveles de especificación no solo difieren en los requisitos de prueba, sino también en la composición química y las propiedades mecánicas. Por lo tanto, según la norma API 5L, los términos del contrato, además de especificar las especificaciones, el grado del acero y otros indicadores comunes, también deben indicar el nivel de especificación del producto, es decir, PSL1 o PSL2.
La clasificación PSL2 es más estricta que la PSL1 en cuanto a composición química, propiedades de tracción, resistencia al impacto, ensayos no destructivos y otros indicadores.
4. Grado y composición química del acero de la tubería.
La clasificación del acero para tuberías, de menor a mayor grado, se divide en: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 y X80.
5. Presión del agua en la tubería de línea y requisitos no destructivos
Las tuberías deben someterse a pruebas hidráulicas rama por rama, y la norma no permite la generación no destructiva de presión hidráulica, lo que también constituye una gran diferencia entre la norma API y nuestras normas.
PSL1 no requiere ensayos no destructivos, PSL2 debe someterse a ensayos no destructivos rama por rama.
VI. Conexión Premium
1. Introducción a la conexión Premium
La hebilla especial es diferente de la rosca API con una estructura especial de rosca de tubería. Aunque la tubería de revestimiento de petróleo roscada API existente se usa ampliamente en la explotación de pozos de petróleo, sus deficiencias se muestran claramente en el entorno especial de algunos campos de petróleo: la columna de tubería roscada redonda API, aunque su rendimiento de sellado es mejor, la fuerza de tracción soportada por la parte roscada es solo equivalente al 60% al 80% de la resistencia del cuerpo de la tubería, por lo que no se puede usar en la explotación de pozos profundos; la columna de tubería roscada trapezoidal sesgada API, el rendimiento de tracción de la parte roscada es solo equivalente a la resistencia del cuerpo de la tubería, por lo que no se puede usar en pozos profundos; la columna de tubería roscada trapezoidal sesgada API, su rendimiento de tracción no es bueno. Aunque el rendimiento de tracción de la columna es mucho mayor que el de la conexión de rosca redonda API, su rendimiento de sellado no es muy bueno, por lo que no se puede usar en la explotación de pozos de gas de alta presión; Además, la grasa roscada solo puede cumplir su función en entornos con temperaturas inferiores a 95 ℃, por lo que no se puede utilizar en la explotación de pozos de alta temperatura.
En comparación con las conexiones de rosca redonda API y de rosca trapezoidal parcial, Premium Connection ha logrado avances revolucionarios en los siguientes aspectos:
(1) buen sellado, mediante el diseño de una estructura de sellado elástica y metálica, de modo que la resistencia al sellado de gas de la junta alcance el límite del cuerpo del tubo dentro de la presión de fluencia;
(2) alta resistencia de la conexión, con conexión Premium Connection de la carcasa de petróleo, la resistencia de la conexión alcanza o supera la resistencia del cuerpo de la tubería, para resolver el problema del deslizamiento de manera fundamental;
(3) mediante la selección de materiales y la mejora del proceso de tratamiento de la superficie, se resolvió básicamente el problema de la hebilla que se atascaba con el hilo;
(4) mediante la optimización de la estructura, de modo que la distribución de la tensión en la unión sea más razonable y más propicia para la resistencia a la corrosión bajo tensión;
(5) a través de la estructura del hombro de diseño razonable, de modo que la operación de la hebilla sea más fácil de realizar.
En la actualidad, el mundo ha desarrollado más de 100 tipos de conexiones premium con tecnología patentada.
Fecha de publicación: 21 de febrero de 2024