Quali sono i gradi dei tubi OCTG?

OCTG (Oil Country Tubular Goods) copre l'involucro, i tubi e le aste di perforazione che compongono ogni pozzo di petrolio e gas. Ogni centimetro di esso è prodotto secondo un grado definito dall'API 5CT, la specifica governativa dell'American Petroleum Institute. Il grado determina il limite di snervamento, il trattamento termico, i limiti di durezza e, soprattutto, se il tubo può essere utilizzato in presenza di idrogeno solforato (H₂S).

ZC Steel Pipe produce ed esporta tubi OCTG nell'intera gamma di gradi API 5CT, da H40 a Q125, sia in forme senza saldatura che ERW per applicazioni su tubi e involucri. Questa guida è un riferimento operativo per ingegneri e responsabili degli acquisti: cosa offre ogni grado, dove è specificato e come scegliere tra di essi.

1. API 5CT: lo standard che regola i gradi OCTG

API 5CT organizza le qualità in quattro livelli di specifiche di prodotto (PSL1 e PSL2), con PSL2 che aggiunge requisiti più rigorosi per composizione chimica, consistenza delle proprietà meccaniche e NDE. La maggior parte delle specifiche di progetto per pozzi critici – HPHT, servizio acido, acque profonde – richiedono PSL2. Per la costruzione di pozzi di routine, PSL1 è standard.

Ciascuna designazione di grado codifica il carico di snervamento minimo del grado in migliaia di psi. P110 significa resa minima di 110.000 psi (758 MPa); L80 significa resa minima di 80.000 psi (552 MPa). Il prefisso della lettera ha un significato aggiuntivo: intervallo di rendimento limitato, tipo di trattamento termico o categoria di resistenza alla corrosione, spiegato nella sezione grado per grado di seguito.

2. Tabella completa di riferimento dei voti

La tabella seguente copre tutti i gradi API 5CT standard. I valori di snervamento e trazione sono espressi in MPa (seguono gli equivalenti in psi). I limiti di durezza si applicano al corpo del tubo. I gradi contrassegnati con ✓ sotto 'Sour' sono approvati per il servizio H₂S secondo NACE MR0175/ISO 15156.

S = senza cuciture; W = Saldato (ERW). Minimi di snervamento/trazione secondo API 5CT ultima edizione. I limiti di durezza si riferiscono al corpo del tubo; i limiti di durezza del giunto differiscono. 'Nessun limite' per la colonna acida significa che il grado non è approvato per ambienti H₂S superiori a 0,05 psia.

3. Ripartizione grado per grado

H40: involucro superficiale poco profondo e a bassa pressione

H40 è il grado API 5CT con la resistenza più bassa, con una resa minima di soli 276 MPa (40.000 psi). Non è richiesto alcun trattamento termico specifico. Viene utilizzato principalmente per stringhe di involucri superficiali in pozzi onshore poco profondi e a bassa pressione: tubi conduttori in formazioni morbide, involucri superficiali in cui i requisiti normativi stabiliscono la profondità anziché la pressione. L'H40 è raramente presente nelle specifiche di approvvigionamento per qualsiasi cosa oltre le corde di superficie; il suo vantaggio in termini di costi rispetto al J55 è marginale nella maggior parte dei mercati.

J55 e K55: i cavalli di battaglia per pozzi da poco profondi a medi

J55 e K55 condividono lo stesso carico di snervamento minimo (379 MPa / 55.000 psi) ma differiscono nella resistenza alla trazione minima: J55 richiede 517 MPa (75.000 psi) e K55 richiede 655 MPa (95.000 psi). Nessuno dei due richiede un trattamento termico. J55 è il grado più utilizzato a livello globale per rivestimenti superficiali e intermedi di pozzi onshore a profondità e pressione moderate. K55 è specificato per giunti e applicazioni in cui è necessaria una maggiore resistenza alla trazione senza passare a N80. Nessuno dei due gradi è classificato come acido.

N80: involucro ad alto volume e di media profondità

N80 è il grado API 5CT ad alta resistenza più prodotto, con una resa minima di 552 MPa (80.000 psi). È disponibile in due sottotipi — N80 Tipo 1 (N80-1) e N80Q — che condividono gli stessi requisiti di proprietà meccaniche ma differiscono nel trattamento termico:

• N80-1:  Normalizzato o finito a caldo. Non sono richiesti tempra e rinvenimento. Più economico, ampiamente disponibile. Utilizzato per la maggior parte degli involucri N80 nella progettazione di pozzi di routine.

• N80Q:  Quench e temperato. Microstruttura più coerente, migliore distribuzione della tenacità, controllo della durezza più rigoroso. Specificato dove conta l'uniformità o dove condizioni di acidità intermedia richiedono una durezza controllata.

N80 non è acido. Il suo ampio intervallo di rendimento (552–758 MPa / 80.000–110.000 psi) fa sì che la durezza non sia controllata, il che lo rende suscettibile allo stress cracking da solfuro in ambienti H₂S. Guida completa alle specifiche N80 →

L80: il grado standard del servizio acido

L80 è il grado più importante da comprendere nella famiglia OCTG. Ha lo stesso rendimento minimo dell'N80 (552 MPa / 80.000 psi) ma con un rendimento massimo limitato (655 MPa / 95.000 psi) e un limite massimo di durezza obbligatorio di 23 HRC (241 HBW). La tempra e il rinvenimento sono obbligatori. Questi controlli sono ciò che qualifica L80 per il servizio acido ai sensi della NACE MR0175/ISO 15156: i limiti ristretti di resistenza e durezza riducono la suscettibilità alla rottura da stress da solfuro.

L80 è disponibile in tre varianti metallurgiche:

• L80 Tipo 1:  acciaio al carbonio-manganese. Il grado di budello standard per il servizio acido per ambienti con H₂S da dolce a moderato. Senza cuciture e saldato.

• L80 9Cr:  acciaio al cromo 9%. Resistenza alla corrosione da CO₂ migliorata rispetto al Tipo 1. Solo senza cuciture. Utilizzato in ambienti ricchi di CO₂ dove il Tipo 1 si corroderebbe eccessivamente ma non è ancora necessario il 13Cr completo.

• L80 13Cr:  acciaio inossidabile al 13% di cromo. Eccellente resistenza alla CO₂ e alla lieve resistenza all'H₂S. Solo senza cuciture. Il grado di tubazione predefinito per molti pozzi petroliferi che producono CO₂. Più costoso e richiede una procedura di saldatura specifica per la realizzazione della connessione. Guida metallurgica L80-13Cr →

N80 vs L80: confronto completo dei voti →

C90 — Servizio acido tra L80 e T95

C90 colma il divario tra L80 e T95 con un intervallo di rendimento di 621–724 MPa (90.000–105.000 psi) e un limite di durezza di 25,4 HRC. È solo continuo, Q&T obbligatorio e inadeguato. C90 è meno comunemente immagazzinato rispetto a L80 e T95 e tende ad essere specificato per progetti di pozzi specifici in cui la resistenza allo snervamento di L80 è insufficiente ma non è richiesta la resistenza completa di T95.

T95 — Servizio aspro ad alta potenza

T95 è il grado API 5CT con classificazione Sour con la resistenza più elevata (Q125 non è classificato Sour), con un intervallo di resa di 655–758 MPa (95.000–110.000 psi) e un limite di durezza di 25,4 HRC. Si tratta solo di sessioni di domande e risposte obbligatorie e senza soluzione di continuità e del percorso di aggiornamento standard da L80 per pozzi in cui è presente H₂S ma la pressione di progetto supera quella che L80 può supportare. T95 comporta un significativo sovrapprezzo rispetto a L80 e richiede test SSC e HIC per la qualificazione del servizio sour. Matrice decisionale del servizio acido L80 vs N80Q vs T95 →

P110 — Elevata resistenza per pozzi profondi

P110 è il grado standard ad alta resistenza per pozzi profondi e ad alta pressione con resa minima di 758 MPa (110.000 psi). È un Q&T obbligatorio ed è disponibile in forma saldata e senza giunzioni. P110 non è classificato come acido: il suo ampio intervallo di durezza lo rende suscettibile all'SSC in ambienti H₂S. È il grado di scelta per involucri intermedi e di produzione in pozzi profondi dove i calcoli di collasso e scoppio con N80/L80 non possono soddisfare i fattori di progettazione, a condizione che la pressione parziale di H₂S rimanga inferiore a 0,05 psia.

Per una revisione completa degli aspetti economici e dei vincoli operativi del P110: Tubo involucro API 5CT P110 - Specifiche e guida all'applicazione →

Q125 — HPHT, forza massima

Q125 è il grado API 5CT standard con la resistenza più elevata con una resa minima di 862 MPa (125.000 psi). È solo continuo, domande e risposte obbligatorie e non inasprito. Q125 è specificato quasi esclusivamente per pozzi ultraprofondi e ad altissima pressione (HPHT) dove P110 non può soddisfare i requisiti di progettazione di collasso o scoppio. Richiede controlli chimici più severi rispetto ad altri gradi e la saldatura o il trattamento termico delle connessioni Q125 richiede procedure qualificate. Q125 non è una qualità merceologica immagazzinata: viene prodotta su ordinazione con tempi di consegna più lunghi rispetto alle qualità standard.

4. Gradi di servizio acido e limiti H₂S

5. Guida alla decisione sulla selezione del grado

Utilizzare questo quadro decisionale per restringere il campo del grado API 5CT corretto per una determinata stringa di tubi o involucri. I quattro input chiave sono: pressione parziale di H₂S, profondità/pressione del pozzo, temperatura e contenuto di CO₂.

Per un flusso di lavoro dettagliato per la selezione della qualità con esempi di progettazione: Come scegliere il materiale OCTG: guida completa alla selezione del grado →

6. Tipi di connessione per grado

Il tipo di connessione fa parte delle specifiche OCTG e deve essere adeguato al grado e all'applicazione. L'API 5CT definisce tre tipi di connessione standard per l'involucro, più una categoria generica per le connessioni premium.

Le connessioni premium forniscono una tenuta metallo-metallo che le filettature API non possono ottenere, il che è fondamentale per le applicazioni a tenuta di gas e i pozzi acidi dove qualsiasi percorso di perdita è inaccettabile. ZC Steel Pipe detiene brevetti indipendenti su design di connessione premium per tubi e involucri OCTG.

Per indicazioni dettagliate sulla connessione: Spiegazione dell'involucro di BTC →  |  Connessioni Premium — Condizioni d'uso e vantaggi →  |  Guida TCO delle connessioni OCTG →

7. Intervalli di lunghezza dell'involucro e dei tubi

API 5CT definisce tre intervalli di lunghezza standard per involucri e tubi. Queste sono le designazioni della gamma per il corpo del tubo: la lunghezza del giunto compreso il raccordo è leggermente più lunga. Conferma sempre quale intervallo richiede la progettazione del tuo pozzo prima di ordinare.

R3 è la gamma preferita per i pozzi offshore e onshore profondi perché giunti più lunghi significano meno connessioni da realizzare, riducendo il tempo dell'impianto e il numero di potenziali punti di perdita. R2 è più comune nelle applicazioni onshore. Specifiche sulla lunghezza dell'involucro API 5CT: guida completa →

8. Domande frequenti