اتصالات OCTG (Oil Country Tubular Goods) مکانیزمهای رزوهای هستند که بخشهای پوشش و لوله را برای حفظ یکپارچگی هیدرولیکی در چاهها به هم میپیوندند. آنها توسط API 5CT برای تولید و API 5C5 برای تست عملکرد، به ویژه CAL IV برای خدمات حیاتی، کنترل می شوند. خرابی ها عمدتاً در هنگام شوک حرارتی (سرد شدن سریع)، بارگذاری چرخه ای بالا، یا به دلیل ترک خوردگی ناشی از استرس ناشی از نصب رخ می دهد.
سوالات میدانی متداول در مورد اتصالات OCTG
چرا با وجود عبور از CAL IV، آببندیهای ممتاز در حین انفجار سریع گاز خراب میشوند؟
تست استاندارد CAL IV Series C بر روی چرخه های گرمایش (تولید-خیساندن) برای آزمایش محدودیت های فشاری تمرکز می کند، اما اغلب نرخ خنک کننده سریع یک ضربه گاز را نادیده می گیرد. این یک دیفرانسیل حرارتی ایجاد می کند که در آن پین سریعتر از جعبه منقبض می شود و باعث آرامش مهر و موم می شود که در پروتکل های آزمایشگاهی چرخه آهسته ثبت نمی شود.
آیا واقعاً علائم انبر می تواند باعث ترک خوردگی استرس سولفیدی (SCC) در لوله L80 شود؟
بله. در حالی که مواد L80 توسط API به 23 HRC محدود شده است، قالب های انبر استاندارد باعث ایجاد کار سرد می شود که سختی سطح موضعی را به 28-30 HRC می رساند. این از حد NACE MR0175 22 HRC فراتر می رود، و حتی اگر فلز پایه مطابقت داشته باشد، یک نقطه شروع برای SCC ایجاد می کند.
چرا تست فشار ما روی دکل رد شد اما پس از راه اندازی تولید نشت کرد؟
این احتمالاً 'قفل هیدرولیک' ناشی از ترکیب رزوه حبس شده است. دوپ اضافی در طول آزمایش دکل کوتاه، پشتیبانی هیدرولیکی موقت ایجاد می کند. هنگامی که چاه گرم می شود، مواد فرار موجود در دوپ تبخیر یا کک می شوند، حجم کاهش می یابد و مسیر نشتی باز می شود.
1. دلتا 'شوک سرد': چرخه حرارتی در مقابل خنک کننده سریع
تجربه عملیاتی در چاههای گاز HPHT و انژکتورهای CCS یک شکاف مهم را در API 5C5 CAL IV Series C (چرخهسازی حرارتی) نشان میدهد. این استاندارد به طور موثری یکپارچگی آب بند را در طول مرحله گرمایش (تا 135 درجه سانتیگراد +) تأیید می کند و عملکرد فشاری مهر و موم فلز به فلز را آزمایش می کند. با این حال، نمی تواند فیزیک خنک کننده ژول تامسون (JT) را تکرار کند..
در طول یک انفجار سریع یا راه اندازی تزریق CO2، اتصال شوک حرارتی (30- تا 70- درجه سانتیگراد در چند ثانیه) را تجربه می کند. عضو پین که جرم کمتری دارد، سریعتر از جفت جعبه سنگین تر منقبض می شود. این جدایی لحظه ای فشار تماس مهر و موم را کاهش می دهد. اگر آزمایش صلاحیت شامل اصلاح 'سری A' برای نظارت بر خنک کننده سریع نباشد، ممکن است اتصال در طول این رویدادهای گذرا با وجود داشتن گواهینامه CAL IV نشت کند.
آیا API 5C5 سناریوهای تزریق CO2 را پوشش می دهد؟
به صورت پیش فرض نیست. برای نظارت بر فشار تماس آب بند در طول سطح شیب دار خنک کننده، به جای دوره های ماندگاری، باید یک ضمیمه خاص 'سریع خنک کننده' به پروتکل تست درخواست کنید.
2. NACE MR0175 مطابقت در مقابل واقعیت نصب
یک شکاف اداری خطرناک بین استانداردهای تولید مواد و واقعیت های نصب در میدان وجود دارد. NACE MR0175/ISO 15156 سختی اجزا را به 22 HRC محدود می کند تا از ترک خوردگی استرس سولفیدی (SCC) جلوگیری کند. با این حال، API 5CT به لوله های درجه L80 تا 23 HRC اجازه می دهد.
با این حال، حالت شکست اولیه، مکانیکی است تا متالورژیکی. انبرهای برقی با استفاده از قالب های استاندارد بارگذاری نقطه ای بسیار زیادی را بر روی سطح اتصال اعمال می کنند. این فرآیند کار سرد باعث افزایش سختی موضعی می شود که اغلب سطح فولاد را به 28-30 HRC می رساند . این یک 'منطقه شکست' ایجاد می کند که بلافاصله پس از قرار گرفتن در معرض محیط های ترش، مستعد ابتلا به SCC است. اگر یک اتصال در نزدیکی انتهای جعبه از کار بیفتد، اچ کردن سطح اغلب ترک را نشان می دهد که دقیقاً از یک علامت انبر شروع شده است.
چگونه می توانیم بدون تغییر متالورژی از SCC ناشی از انبر جلوگیری کنیم؟
برای حفظ لایه سطحی مطابق با NACE، استفاده از قالبهای کماسترس یا بدون علامت را برای همه عملیاتهای در حال اجرا سرویسهای L80، C90 و T95 الزامی کنید.
3. 'قفل هیدرولیک' مثبت کاذب
اتصالات پریمیوم به مهر و موم فلز به فلز متکی هستند، اما استفاده از ترکیب رزوه ای (دوپ) متغیری را معرفی می کند که اغلب در آزمایشگاه کنترل می شود اما در دکل کنترل نمی شود. در آرایش خودکار، دوپ اضافی ممکن است بین ریشهها و تاجهای نخ یا پشت حلقه مهر و موم گیر کند.
وضعیت
مکانیسم
نتیجه
تست کف دکل
دوپ به دام افتاده فشار موضعی بالایی ایجاد می کند (قفل هیدرولیک).
مثبت کاذب: اتصال فشار را به دلیل تراکم ناپذیری سیال نگه می دارد، نه تداخل مهر و موم فلزی.
تولید
دمای بالا باعث تبخیر مواد فرار یا کک می شود.
خرابی: کاهش حجم، پشتیبانی هیدرولیک را از بین می برد، اتصال را شل می کند و مسیر نشتی را باز می کند.
مقدمه مهندسی: اگر حجم دوپ کنترل نشده باشد، یک آزمایش موفقیت آمیز نمودار دکل، یکپارچگی مهر و موم را تضمین نمی کند. نظارت کامپیوتری گشتاور چرخشی برای تشخیص امضای گشتاور 'hump' قفل هیدرولیک لازم است.
آیا راهی برای از بین بردن خطر قفل هیدرولیک به طور کامل وجود دارد؟
بله، استفاده از فنآوریهای اتصال «بدون دوپ» یا «زرو دوپ»، متغیر سیال چسبناک را حذف میکند و تضمین میکند که یکپارچگی مهر و موم تنها به تداخل فولادی بستگی دارد.
تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) برای اعتبارسنجی خطوط تولید در اندازههای مختلف استاندارد است، اما مدلهای استاندارد اغلب از فرضیات سادهسازیشده در مورد اصطکاک و رشد ترک استفاده میکنند که با آزمایشهای فیزیکی 'علامتگذاری ساحل' همخوانی ندارد.
کاهش تنش حلقه ای: مدل های FEA اغلب انبساط شعاعی جعبه ناشی از اثر گوه ای رزوه ها تحت بارگذاری چرخه ای را دست کم می گیرند. این منجر به پیشبینی پرش نخ (جدایی) در بارهای 10-15٪ بیشتر از واقعیت میشود. علاوه بر این، مدلهایی که رشد ترک نیمه بیضوی را فرض میکنند خوشبینانه هستند. شکستهای فیزیکی نشان میدهد که ترکهای خستگی در آخرین ریشه نخ درگیر بهعنوان نقصهای حلقوی بلند و کم عمق رشد میکنند . این مورفولوژی منجر به خرابی ناگهانی 'زیپ' می شود تا سناریوهای تدریجی نشت قبل از شکست پیش بینی شده توسط مکانیک شکست استاندارد.
خطر 'شکست زیپ' در گزارشات FEA چیست؟
اگر محاسبه نشتی-قبل از شکست (LBB) بر روی نرخ رشد ترک نیمه بیضوی استاندارد بدون تایید فیزیکی شکل ترک تکیه کند، خطر جدایی فاجعهآمیز دست کم گرفته میشود.
هنگامی که اتصالات استاندارد CAL IV OCTG انتخاب اشتباهی است
چاه های گاز/CCS با نرخ بالا: به داده های استاندارد CAL IV تکیه نکنید. شوک حرارتی ناشی از انفجار یا تزریق نیاز به تأیید پروتکل 'سریع خنک کننده' دارد.
خدمات ترش با انبر استاندارد: فرض نکنید که محدودیت های سختی MTR شرایط پس از نصب را پوشش می دهد. استاندارد انطباق NACE را باطل می کند.
اندازههای درونیابی: از اتصالهایی که صرفاً توسط «تست گوشه» تأیید شدهاند (فقط اندازههای حداکثر/دقیقه را آزمایش میکنند) بدون تأیید فیزیکی «نقاط زینی» که تداخل آن حداقل است، اجتناب کنید.
پرسشهای متداول: سازگاری و عیبیابی برای اتصالات OCTG
انفجار مهره در پرونده صلاحیت چگونه بر قابلیت اطمینان تجاری تأثیر می گذارد؟
بلاست مهره ای اصطکاک سطحی و قابلیت آب بندی را با خشن کردن ناحیه آب بندی افزایش می دهد. اگر پرونده CAL IV سازنده برای ارسال به نمونههای مهرهبلاست شده متکی باشد، اما پوشش تولیدی با روکش ماشینی فروخته شود، صلاحیت برای محصول تحویلشده معتبر نیست. عوامل اصطکاک و درگیری مهر و موم با نتایج آزمایش مطابقت ندارند.
خطر گرمای آدیاباتیک در آرایش مزرعه در مقابل آزمایش آزمایشگاهی چیست؟
تست های آزمایشگاهی با سرعت های آهسته کنترل شده (1-2 RPM) انجام می شود. آرایش میدان به طور قابل توجهی سریعتر است و گرمای آدیاباتیک را در نخ ها ایجاد می کند. این امر ضریب اصطکاک ترکیب رزوه را در زمان واقعی تغییر میدهد، و خطر داغ شدن آنی یا خوانشهای نادرست گشتاور را به همراه دارد که آزمایش آزمایشگاهی هرگز با آن مواجه نشد.
چرا 'تست گوشه' برای چاه های HPHT حیاتی کافی نیست؟
سازندگان اغلب فقط نقاط انتهایی عملکرد (تنش بالا/فشار بالا و فشار پایین/فشار بالا) را آزمایش می کنند و از FEA برای درون یابی قسمت میانی استفاده می کنند. چاه های بحرانی در 'نقاط زینی' کار می کنند - سناریوهای بار پویا که در آن تداخل آب بند حداقل است. بدون تایید فیزیکی این نقاط میانی، مهر و موم پذیری نظری است.
مورفولوژی ترک چگونه بر تصمیم گیری بین LBB و عوامل ایمنی بیش از حد مهندسی شده تأثیر می گذارد؟
از آنجایی که ترکهای خستگی فیزیکی بهعنوان نقصهای حلقوی کمعمق بهجای بیضیهای عمیق رشد میکنند، برای ایجاد نشتی قابل تشخیص قبل از جدا شدن لوله، دیوار را نمیشکنند. بنابراین، تکیه بر منطق Leak-Before-Break (LBB) برای OCTG خطرناک است. مهندسان باید فاکتورهای ایمنی خستگی بالاتر (SF) را نسبت به سیستم های نظارت LBB برای اتصالات رزوه ای در اولویت قرار دهند.
