Tubos OCTGSão utilizados principalmente para perfurar poços de petróleo e gás e para transportar petróleo e gás. Incluem tubos de perfuração, revestimentos e tubos de extração de petróleo.Tubos OCTGSão utilizadas principalmente para conectar colares de perfuração e brocas, além de transmitir a potência de perfuração.O revestimento de poços de petróleo é usado principalmente para dar suporte ao poço durante a perfuração e após a conclusão, garantindo o funcionamento normal de todo o poço durante o processo de perfuração e após a conclusão. O petróleo e o gás no fundo do poço são transportados para a superfície principalmente pelo tubo de bombeio.
O revestimento de poços de petróleo é essencial para a operação contínua dos poços. Devido às diferentes condições geológicas, o estado de tensão no subsolo é complexo, e os efeitos combinados de tensão, compressão, flexão e torção no corpo do revestimento impõem altos requisitos de qualidade ao próprio revestimento. Uma vez que o revestimento seja danificado por algum motivo, isso pode levar a uma redução na produção ou até mesmo ao abandono de todo o poço.
De acordo com a resistência do próprio aço, o revestimento pode ser dividido em diferentes classes de aço, como J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110, Q125, V150, etc. A classe de aço utilizada varia dependendo das condições e da profundidade do poço. Em ambientes corrosivos, também é necessário que o próprio revestimento apresente resistência à corrosão. Em áreas com condições geológicas complexas, também é necessário que o revestimento tenha desempenho anti-colapso.
I. Conhecimento básico sobre tubos OCTG
1. Termos especializados relacionados à explicação de tubulações de petróleo
API: é a abreviação de American Petroleum Institute (Instituto Americano de Petróleo).
OCTG: É a abreviação de Oil Country Tubular Goods, que significa tubos específicos para a indústria petrolífera, incluindo revestimento de poços de petróleo acabado, tubos de perfuração, colares de perfuração, anéis de fixação, juntas curtas e assim por diante.
Tubos de Petróleo: Tubos utilizados em poços de petróleo para extração de petróleo, extração de gás, injeção de água e fraturamento ácido.
Revestimento: Tubo que é baixado da superfície da terra para dentro de um furo perfurado como um revestimento para evitar o colapso da parede do poço.
Tubo de perfuração: Tubo utilizado para perfurar poços artesianos.
Tubulação de linha: Tubo utilizado para transportar petróleo ou gás.
Anéis de retenção: Cilindros usados para conectar dois tubos roscados com roscas internas.
Material de acoplamento: Tubo utilizado na fabricação de acoplamentos.
Roscas API: Roscas para tubos especificadas pela norma API 5B, incluindo roscas redondas para tubos de petróleo, roscas redondas curtas para revestimento, roscas redondas longas para revestimento, roscas trapezoidais deslocadas para revestimento, roscas para tubos de linha e assim por diante.
Fivela especial: Rosca não API com propriedades especiais de vedação, conexão e outras características.
Falha: deformação, fratura, danos superficiais e perda da função original sob condições específicas de serviço. As principais formas de falha do revestimento de poços de petróleo são: extrusão, deslizamento, ruptura, vazamento, corrosão, adesão, desgaste, entre outras.
2. Normas relacionadas ao petróleo
API 5CT: Especificação de Revestimento e Tubulação (atualmente a versão mais recente da 8ª edição)
API 5D: Especificação de tubos de perfuração (a versão mais recente da 5ª edição)
API 5L: especificação de tubos de aço para dutos (a versão mais recente da 44ª edição)
API 5B: Especificação para usinagem, medição e inspeção de roscas de revestimento, tubos de petróleo e tubos de linha.
GB/T 9711.1-1997: Condições técnicas para o fornecimento de tubos de aço para transporte na indústria de petróleo e gás - Parte 1: Tubos de aço de grau A
GB/T9711.2-1999: Condições técnicas de fornecimento de tubos de aço para o transporte na indústria de petróleo e gás - Parte 2: Tubos de aço de grau B
GB/T9711.3-2005: Condições Técnicas de Fornecimento de Tubos de Aço para o Transporte na Indústria de Petróleo e Gás Natural - Parte 3: Tubo de Aço Grau C
II. Tubo de óleo
1. Classificação de tubos de petróleo
Os tubos de petróleo são divididos em tubos sem reforço (NU), tubos com reforço externo (EU) e tubos com junta integrada. Tubos sem reforço referem-se a uma extremidade do tubo que é roscada sem espessamento e equipada com uma luva. Tubos com reforço externo referem-se a duas extremidades do tubo que foram espessadas externamente, rosqueadas e fixadas com braçadeiras. Tubos com junta integrada referem-se a um tubo conectado diretamente sem luva, com uma extremidade rosqueada através de uma rosca externa espessada internamente e a outra extremidade rosqueada através de uma rosca interna espessada externamente.
2. O papel da tubulação
① Extração de petróleo e gás: após a perfuração e cimentação dos poços de petróleo e gás, a tubulação é inserida no revestimento para extrair o petróleo e o gás até a superfície.
2. Injeção de água: quando a pressão no fundo do poço não é suficiente, injeta-se água no poço através da tubulação.
③, Injeção de vapor: No processo de recuperação térmica de petróleo viscoso, o vapor é injetado no poço através de tubulações de petróleo isoladas.
(iv) Acidificação e fraturamento: Na fase final da perfuração de poços ou para melhorar a produção de poços de petróleo e gás, é necessário introduzir meio de acidificação e fraturamento ou material de cura na camada de petróleo e gás, e o meio e o material de cura são transportados através do oleoduto.
3. Grau de aço do tubo de petróleo
As classes de aço para tubos de petróleo são: H40, J55, N80, L80, C90, T95, P110.
O aço N80 divide-se em N80-1 e N80Q, ambos com as mesmas propriedades de tração. As duas diferenças residem no estado de fornecimento e no desempenho ao impacto. O N80-1 é fornecido no estado normalizado ou quando a temperatura final de laminação é superior à temperatura crítica Ar3, sofrendo redução da tensão após resfriamento ao ar. Pode ser utilizado como alternativa à laminação a quente normalizada, não sendo necessários ensaios de impacto ou não destrutivos. Já o N80Q deve ser submetido a tratamento térmico de têmpera (revenido e revenido), e sua resistência ao impacto deve estar em conformidade com as normas API 5CT, devendo também ser submetido a ensaios não destrutivos.
O L80 divide-se em L80-1, L80-9Cr e L80-13Cr. Suas propriedades mecânicas e condições de fornecimento são as mesmas. As diferenças residem no uso, na dificuldade de produção e no preço. O L80-1 é o tipo mais comum, enquanto o L80-9Cr e o L80-13Cr são tubos de alta resistência à corrosão, de produção mais complexa e preço mais elevado, geralmente utilizados em poços com alta corrosão.
As variantes C90 e T95 são divididas em tipo 1 e tipo 2, ou seja, C90-1 e C90-2, e T95-1 e T95-2.
4. Tipos comuns de aço, grau de fabricação e status de entrega de tubos de petróleo
Grau do aço Grau de entrega Estado da entrega
Tubo de óleo J55, tubo de óleo plano 37Mn5: laminado a quente em vez de normalizado.
Tubo de óleo espessado: comprimento total normalizado após o espessamento.
Tubo N80-1 36Mn2V Tipo plano: laminado a quente em vez de normalizado
Tubo de óleo espessado: comprimento total normalizado após o espessamento.
Tubo de óleo N80-Q 30Mn5 com têmpera em toda a extensão
Tubo de óleo L80-1 30Mn5 com têmpera em toda a extensão
Tubo de óleo P110 com têmpera total em 25CrMnMo
Acoplamento J55 37Mn5 laminado a quente com normalização on-line
Acoplamento N80 28MnTiB com têmpera de comprimento total
Acoplamento L80-1 28MnTiB com têmpera de comprimento total
Braçadeiras P110 em aço temperado 25CrMnMo de comprimento total
III. Revestimento
1. Categorização e função do revestimento
O revestimento é um tubo de aço que sustenta a parede dos poços de petróleo e gás. Várias camadas de revestimento são utilizadas em cada poço, de acordo com as diferentes profundidades de perfuração e condições geológicas. O cimento é utilizado para cimentar o revestimento após sua descida para o poço e, diferentemente dos tubos de petróleo e de perfuração, não pode ser reutilizado, sendo considerado um material descartável. Portanto, o consumo de revestimento representa mais de 70% de toda a tubulação de poços de petróleo. O revestimento pode ser categorizado em: conduto, revestimento de superfície, revestimento técnico e revestimento de petróleo, de acordo com sua aplicação, e suas estruturas em poços de petróleo são mostradas na imagem abaixo.
2. Revestimento do condutor
Utilizado principalmente para perfuração no oceano e no deserto para separar a água do mar e a areia para garantir o progresso suave da perfuração, as principais especificações desta camada de 2. revestimento são: Φ762mm(30 pol)×25,4mm, Φ762mm(30 pol)×19,06mm.
Revestimento de superfície: Utilizado principalmente na perfuração inicial, que consiste em perfurar a superfície das camadas soltas até atingir o leito rochoso. Para selar essa parte da camada e evitar seu colapso, é necessário utilizar o revestimento de superfície. As principais especificações do revestimento de superfície são: 508 mm (20 pol.), 406,4 mm (16 pol.), 339,73 mm (13-3/8 pol.), 273,05 mm (10-3/4 pol.), 244,48 mm (9-5/9 pol.), etc. A profundidade do tubo de descida depende da profundidade da formação mole. A profundidade do tubo de descida depende da profundidade da camada solta, geralmente entre 80 e 1500 m. Sua pressão externa e interna não é elevada, e geralmente são utilizados aços de grau K55 ou N80.
3. Revestimento técnico
O revestimento técnico é utilizado no processo de perfuração de formações complexas. Ao encontrar estruturas complexas como camadas colapsadas, camadas de óleo, camadas de gás, camadas de água, camadas de vazamento, camadas de pasta salina, etc., é necessário instalar o revestimento técnico para selá-las; caso contrário, a perfuração não poderá ser realizada. Alguns poços são profundos e complexos, atingindo profundidades de milhares de metros. Nesses casos, é necessário instalar várias camadas de revestimento técnico, cujas propriedades mecânicas e requisitos de vedação são muito elevados, exigindo também aços de maior qualidade. Além do K55, são mais comuns os aços N80 e P110, e alguns poços profundos utilizam aços Q125 ou até mesmo aços não API de qualidade superior, como o V150. As principais especificações técnicas da caixa são: 339,73 mm (13-3/8 pol.), 273,05 mm (10-3/4 pol.), 244,48 mm (9-5/8 pol.), 219,08 mm (8-5/8 pol.), 193,68 mm (7-5/8 pol.), 177,8 mm (7 pol.) e assim por diante.
4. Revestimento de óleo
Quando um poço é perfurado até a camada alvo (a camada que contém petróleo e gás), é necessário utilizar um revestimento de formação para selar a camada de petróleo e gás e os estratos expostos superiores, sendo o interior do revestimento de formação a camada de petróleo. Dentre todos os tipos de revestimento, o revestimento de formação é o mais utilizado em poços de grande profundidade, e suas propriedades mecânicas e requisitos de vedação são os mais rigorosos, sendo fabricado com aços de alta qualidade, como K55, N80, P110, Q125, V150, entre outros. As principais especificações do revestimento de formação são: 177,8 mm (7 pol.), 168,28 mm (6-5/8 pol.), 139,7 mm (5-1/2 pol.), 127 mm (5 pol.), 114,3 mm (4-1/2 pol.), etc. O revestimento de formação é o mais utilizado em poços de grande profundidade, e seu desempenho mecânico e de vedação são os mais elevados.
V. Tubo de perfuração
1. Classificação e função dos tubos em ferramentas de perfuração
A coluna de perfuração é composta por tubos de perfuração quadrados, tubos de perfuração, tubos de perfuração com contrapeso e colares de perfuração. A coluna de perfuração é a ferramenta principal de perfuração que impulsiona a broca da superfície até o fundo do poço, servindo também como canal de passagem entre a superfície e o fundo do poço. Ela desempenha três funções principais: ① transmitir o torque necessário para acionar a broca durante a perfuração; ② exercer pressão sobre a broca, utilizando seu próprio peso, para romper a rocha no fundo do poço; ③ transportar o fluido de lavagem do poço, ou seja, a lama de perfuração bombeada através da superfície por bombas de lama de alta pressão, até o interior do poço, onde flui para remover os detritos rochosos e resfriar a broca, além de transportar os detritos rochosos através do espaço anular entre a superfície externa da coluna e a parede do poço, retornando assim à superfície e, consequentemente, perfurando o poço. Durante o processo de perfuração, os tubos de perfuração precisam suportar uma variedade de cargas alternadas complexas, como tração, compressão, torção, flexão e outras tensões. Além disso, sua superfície interna está sujeita à abrasão e corrosão da lama de alta pressão.
(1) Tubo de perfuração quadrado: o tubo de perfuração quadrado possui dois tipos: quadrilátero e hexagonal. Na China, cada conjunto de hastes de perfuração de petróleo geralmente utiliza um tubo de perfuração do tipo quadrilátero. Suas especificações são: 63,5 mm (2-1/2 pol.), 88,9 mm (3-1/2 pol.), 107,95 mm (4-1/4 pol.), 133,35 mm (5-1/4 pol.), 152,4 mm (6 pol.) e assim por diante. Normalmente, o comprimento utilizado é de 12 a 14,5 m.
(2) Tubo de perfuração: O tubo de perfuração é a principal ferramenta para perfuração de poços, conectado à extremidade inferior do tubo de perfuração quadrado, e à medida que o poço de perfuração continua a se aprofundar, o tubo de perfuração continua a se estender, formando a coluna de perfuração. As especificações do tubo de perfuração são: 60,3 mm (2-3/8 pol.), 73,03 mm (2-7/8 pol.), 88,9 mm (3-1/2 pol.), 114,3 mm (4-1/2 pol.), 127 mm (5 pol.), 139,7 mm (5-1/2 pol.) e assim por diante.
(3) Tubo de perfuração com peso: O tubo de perfuração com peso é uma ferramenta de transição que conecta o tubo de perfuração e o colar de perfuração, podendo melhorar a condição de força do tubo de perfuração, bem como aumentar a pressão na broca. As principais especificações do tubo de perfuração com peso são 88,9 mm (3-1/2 pol.) e 127 mm (5 pol.).
(4) Colar de perfuração: o colar de perfuração é conectado à parte inferior do tubo de perfuração, que é um tubo especial de parede espessa com alta rigidez, exercendo pressão na broca para quebrar a rocha e podendo desempenhar um papel de guia durante a perfuração de poços retos. As especificações comuns do colar de perfuração são: 158,75 mm (6-1/4 pol.), 177,85 mm (7 pol.), 203,2 mm (8 pol.), 228,6 mm (9 pol.) e assim por diante.
Tubo de linha V
1. Classificação de tubos de linha
Tubos de linha são utilizados na indústria de petróleo e gás para o transporte de petróleo, derivados de petróleo, gás natural e água por meio de dutos de aço. O transporte por dutos de petróleo e gás é dividido principalmente em três tipos: dutos principais, dutos de ramificação e dutos de rede urbana. Os dutos principais geralmente têm diâmetro de 406 a 1219 mm, espessura de parede de 10 a 25 mm e aço de classe X42 a X80. Os dutos de ramificação e os dutos de rede urbana geralmente têm diâmetro de 114 a 700 mm, espessura de parede de 6 a 20 mm e aço de classe X42 a X80. Já os dutos de alimentação e os dutos de rede urbana geralmente têm diâmetro de 114 a 700 mm, espessura de parede de 6 a 20 mm e aço de classe X42 a X80.
Os tubos de linha podem ser de aço soldado ou sem costura, sendo os tubos de aço soldados mais utilizados do que os tubos de aço sem costura.
2. Padrão de tubulação de linha
A norma para tubos de linha é a API 5L "especificação de tubos de aço para dutos", mas a China promulgou em 1997 duas normas nacionais para tubos de dutos: GB/T9711.1-1997 "Indústria de petróleo e gás, primeira parte das condições técnicas de fornecimento de tubos de aço: tubos de aço de grau A" e GB/T9711.2-1997 "Indústria de petróleo e gás, segunda parte das condições técnicas de fornecimento de tubos de aço: tubos de aço de grau B". Essas duas normas são equivalentes à API 5L, e muitos usuários domésticos exigem o fornecimento de acordo com essas duas normas nacionais.
3. Sobre PSL1 e PSL2
PSL é a abreviação de nível de especificação do produto. O nível de especificação de tubos de linha é dividido em PSL1 e PSL2, podendo-se dizer também que o nível de qualidade é dividido em PSL1 e PSL2. O PSL1 é superior ao PSL2, e os dois níveis de especificação não apenas apresentam requisitos de teste diferentes, como também requisitos distintos em relação à composição química e às propriedades mecânicas. Portanto, de acordo com a norma API 5L, os termos do contrato, além de especificarem as especificações, o grau do aço e outros indicadores comuns, também devem indicar o nível de especificação do produto, ou seja, PSL1 ou PSL2.
A norma PSL2 é mais rigorosa do que a PSL1 em termos de composição química, propriedades de tração, resistência ao impacto, ensaios não destrutivos e outros indicadores.
4. Grau de aço e composição química da tubulação
A classificação do aço para tubos de linha, da mais baixa à mais alta, é dividida em: A25, A, B, X42, X46, X52, X60, X65, X70 e X80.
5. Pressão da água na tubulação e requisitos não destrutivos
A tubulação deve ser testada ramal por ramal por meio de teste hidráulico, e a norma não permite a geração não destrutiva de pressão hidráulica, o que representa uma grande diferença entre a norma API e as nossas normas.
O nível de segurança PSL1 não requer testes não destrutivos, enquanto o nível de segurança PSL2 deve ser submetido a testes não destrutivos ramo por ramo.
VI. Conexão Premium
1. Introdução à Conexão Premium
A fivela especial difere da rosca API por sua estrutura específica. Embora o revestimento de petróleo com rosca API existente seja amplamente utilizado na exploração de poços de petróleo, suas deficiências são claramente visíveis no ambiente específico de alguns campos petrolíferos: a coluna de tubo com rosca redonda API, embora apresente melhor desempenho de vedação, suporta apenas de 60% a 80% da resistência do corpo do tubo, o que a torna inadequada para a exploração de poços profundos; a coluna de tubo com rosca trapezoidal inclinada API apresenta resistência à tração equivalente à do corpo do tubo, também inadequada para poços profundos; a coluna de tubo com rosca trapezoidal inclinada API apresenta desempenho de tração insatisfatório. Embora sua resistência à tração seja muito superior à da conexão com rosca redonda API, seu desempenho de vedação é inferior, o que a torna inadequada para a exploração de poços de gás de alta pressão. Além disso, a graxa para roscas só desempenha sua função em ambientes com temperatura abaixo de 95°C, portanto, não pode ser usada na exploração de poços de alta temperatura.
Em comparação com a API de thread circular e a conexão de thread trapezoidal parcial, a Conexão Premium apresentou avanços significativos nos seguintes aspectos:
(1) boa vedação, através do projeto de estrutura de vedação elástica e metálica, de modo que a resistência de vedação de gás da junta atinja o limite do corpo do tubo dentro da pressão de escoamento;
(2) alta resistência da conexão, com a conexão Premium Connection do revestimento de óleo, a resistência da conexão atinge ou excede a resistência do corpo do tubo, para resolver fundamentalmente o problema de deslizamento;
(3) através da seleção de materiais e melhoria do processo de tratamento de superfície, basicamente resolveu o problema de aderência da rosca na fivela;
(4) através da otimização da estrutura, de modo que a distribuição de tensão conjunta seja mais razoável, mais propícia à resistência à corrosão sob tensão;
(5) através da estrutura do ombro do design razoável, de modo que a operação da fivela seja mais fácil de realizar.
Atualmente, existem mais de 100 tipos de conexões premium com tecnologia patenteada desenvolvidas em todo o mundo.
Data da publicação: 21/02/2024