غرفة 102، مبنى 13، المنطقة أ، حديقة وانيانغ تشونغتشوانغ، مدينة جانياو، مقاطعة جياشان، مقاطعة تشجيانغ الصينية.
مسامير أنابيب النفط عبارة عن مثبتات ملولبة ومكونات توصيل الأنابيب مصممة خصيصًا للاستخدام في أنظمة استخراج النفط وتكريره ونقله - وهي بيئات محددة بالضغط العالي والسوائل المسببة للتآكل والتدوير الحراري وعدم التسامح مطلقًا مع التسربات. لا يعد اختيار درجة المسمار أو شكل الخيط أو المادة الخاطئة في نظام أنابيب النفط خطأً بسيطًا في الشراء - بل هو نقطة فشل محتملة للنظام حيث يمكن أن يؤدي تسرب واحد إلى حدوث أضرار بيئية أو فقدان المعدات أو إصابة الأفراد.
يغطي هذا الدليل الأنواع الرئيسية من براغي أنابيب الزيت والوصلات الملولبة، والمعايير التي تحكمها، واختيار المواد والطلاء، ومتطلبات التثبيت، وأوضاع الفشل الأكثر شيوعًا التي يحتاج المهندسون وفرق المشتريات إلى فهمها.
يشمل المصطلح العديد من فئات المنتجات ذات الصلة ولكن المتميزة المستخدمة في عمليات المنبع (الحفر والاستخراج)، والوسطى (النقل)، والمصب (التكرير والتوزيع) في عمليات النفط والغاز. وتشمل هذه:
تحمل كل فئة معاييرها الخاصة وأنظمة الخيوط ومتطلبات المواد وبروتوكولات التثبيت الخاصة بها. وتتناولها الأقسام أدناه من الناحية العملية.
يعد اختيار شكل الخيط هو القرار الأساسي في أي تطبيق لولبي لأنابيب الزيت. توفر معايير الخيوط المختلفة آليات إغلاق مختلفة، ومعدلات ضغط، وسلوكيات عزم الدوران - وهي غير قابلة للتبديل.
خيوط NPT مدببة عند 1° 47' (1 في 16 مستدق) بحيث تندمج الخيوط الذكرية والأنثوية معًا أثناء شدها، مما يخلق توافقًا متداخلًا يوفر الختم الأساسي. تخضع معاهدة حظر الانتشار النووي إلى أسم B1.20.1 وهي خيط الأنابيب السائد في الأنظمة الصناعية في أمريكا الشمالية، بما في ذلك منشآت النفط والغاز. نظرًا لأن الختم يعتمد على تداخل الخيط بدلاً من سطح مانع للتسرب منفصل، تتطلب توصيلات NPT مركب مانع التسرب الخيطي أو شريط PTFE لملء مسار التسرب الحلزوني وتحقيق ختم موثوق به، خاصة لخدمة الغاز.
خيوط BSPT (ISO 7/1، Rp/Rc) مدببة أيضًا وتعتمد على تداخل الخيوط من أجل الختم، ولكنها تستخدم زاوية خيط مختلفة (55 درجة نموذج Whitworth مقابل شكل 60 درجة NPT) ومعدل استدقاق مختلف قليلاً. سلاسل NPT وBSPT غير قابلة للتبديل ولا يجب خلطها أبدًا — المجموعة التي تبدو في البداية مترابطة لن تُغلق بشكل صحيح وستفشل تحت الضغط. BSPT شائع في معدات حقول النفط ذات الأصل الأوروبي والشرق أوسطي والآسيوي.
يحدد API 5B أشكال الخيوط المستخدمة في البضائع الأنبوبية في الدول النفطية - الغلاف والأنابيب وخط الأنابيب الذي يشكل العمود الفقري الهيكلي للبئر. خيط API القياسي عبارة عن خيط مدبب (8 خيوط لكل بوصة للغلاف، و10 نقطة في البوصة للأنابيب بالأحجام الأكثر شيوعًا) مع شكل خيط محدد، واستدقاق، وتفاوتات. تتكون اتصالات واجهة برمجة التطبيقات (API) من عدد محدد من اللفات بما يتجاوز المشاركة اليدوية، مع تطبيق مخدر (مركب خيط محدد من قبل واجهة برمجة التطبيقات) على كل من الدبوس والصندوق لحماية أسطح الخيط والمساهمة في الختم. تم تصنيف وصلات أنابيب خط API لضغوط تصل إلى حوالي 10000 رطل لكل بوصة مربعة اعتمادًا على حجم الأنبوب ودرجته، على الرغم من أن التوصيلات المتميزة (الموضحة أدناه) مطلوبة لبيئات الخدمة الحمضية ذات الضغط العالي.
تستخدم التوصيلات المتميزة - تصميمات الخيوط الخاصة من الشركات المصنعة مثل Vallourec (VAM)، وTenaris (TenarisHydril)، وTMK - ملفات تعريف الخيوط الهندسية جنبًا إلى جنب مع أكتاف مانعة للتسرب من المعدن إلى المعدن لتوفير أداء فائق مقارنة بخيوط API في التطبيقات كثيرة المتطلبات. تكون مطلوبة عندما تكون اتصالات API غير كافية للتطبيق: آبار الغاز عالية الضغط، والآبار المنحرفة والأفقية، والخزانات ذات درجة الحرارة العالية، وخدمة كبريتيد الهيدروجين (H₂S). يمكن أن تحقق الوصلات المتميزة موانع تسرب الغاز عند ضغوط تتجاوز 20000 رطل لكل بوصة مربعة ودرجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية مما يجعلها ضرورية في عمليات استكمال المياه العميقة ودرجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي (HPHT).
تستخدم البراغي الهيكلية في مشابك الأنابيب، والشفاه، ومجموعات الدعم عادةً الخيوط المترية القياسية (ISO) أو الخيوط الوطنية الموحدة الخشنة/الناعمة (UNC/UNF) وفقًا لمعيار ASME B1.1 أو ISO 261، بدلاً من أشكال الخيوط الخاصة بالأنابيب. هذه هي خيوط هندسية عامة ويتم تحديدها بالقطر الاسمي ودرجة الميل. بالنسبة للاستخدام في حقول النفط، يتم تحديدها وفقًا لدرجات المواد أستم أو ISO مع متطلبات إضافية لقوة الخضوع والصلابة ومقاومة التقصف الهيدروجيني بما يتناسب مع بيئة الخدمة.
يعتمد اختيار المواد على أربعة عوامل أساسية: متطلبات القوة الميكانيكية، وبيئة التآكل (الخدمة الحلوة مقابل الحامضة، ومياه البحر، وثاني أكسيد الكربون)، ونطاق درجة الحرارة، والتوافق مع الأنابيب ومواد التركيب لتجنب التآكل الجلفاني. يلخص الجدول أدناه المواد اللولبية والمثبتة الأكثر شيوعًا في تطبيقات أنابيب النفط:
| مادة | المعيار المشترك | قوة العائد النموذجية | أفضل بيئة خدمة | القيود الرئيسية |
|---|---|---|---|---|
| الصلب الكربوني (الدرجة 8.8 / أستم A193 B7) | أستم A193، إسو 898 | 660-725 ميجا باسكال | خدمة رائعة، على الشاطئ، في درجة حرارة تصل إلى 450 درجة مئوية | عرضة للتشقق الناتج عن الإجهاد H₂S؛ يتطلب طلاء للحماية من التآكل |
| فولاذ منخفض السبائك (درجات L80، P110 OCTG) | API 5CT | 552–965 ميجا باسكال (يعتمد على الدرجة) | غلاف وأنابيب حفرة البئر، خدمة حمضية متوسطة (L80) | P110 غير مناسب لخدمة H₂S؛ L80 يفضل للآبار الحامضة |
| الفولاذ المقاوم للصدأ 316 / 316 لتر | أستم A193 B8M، إسو 3506 | 170-450 ميجا باسكال (يعتمد على الحالة) | البيئات تحت سطح البحر، والبحرية، وبيئات الكلوريد، والجانب العلوي من الشاطئ | قوة أقل من الفولاذ الكربوني؛ عرضة لتكسير التآكل الناتج عن إجهاد الكلوريد عند درجة حرارة مرتفعة |
| دوبلكس ستانلس ستيل (2205/2507) | أستم A276، إن 1.4462 | 450-550 ميجا باسكال | خدمة الغاز الحامض، والبيئات عالية الكلوريد، وتحت سطح البحر، وبيئات ثاني أكسيد الكربون | تكلفة أعلى يقتصر على أقل من 300 درجة مئوية لمنع تقصف المرحلة |
| إنكونيل 625/718 (سبائك النيكل) | أستم B446، إيه إم إس 5662 | 690-1,100 ميجا باسكال | آبار HPHT، الخدمة الحمضية الشديدة، عمليات استكمال المياه العميقة | تكلفة عالية جدًا تستخدم فقط عندما تكون المواد الأخرى غير كافية من الناحية الفنية |
| تيتانيوم درجة 5 (Ti-6Al-4V) | أستم B265، إيه إم إس 4928 | 880-950 ميجا باسكال | تحت سطح البحر مع قيود الوزن، والخدمة الحامضة، والكلوريد العالي | خطر مزعج على المواضيع. يتطلب علاجًا أو طلاءًا مضادًا للغضب |
في البيئات التي تحتوي على كبريتيد الهيدروجين - والتي تم تعريفها على أنها "خدمة حامضة" بموجب NACE MR0175 / ISO 15156 - يكون اختيار مادة التثبيت مقيدًا بشكل كبير. يسبب H₂S تكسير إجهاد الكبريتيد (SSC) في الفولاذ عالي القوة، حيث تنتشر ذرات الهيدروجين الناتجة عن تفاعلات التآكل في الشبكة الفولاذية وتتسبب في كسر هش عند مستويات إجهاد أقل بكثير من قوة الخضوع المقدرة للمادة. تحدد NACE MR0175 أن البراغي والمسامير المصنوعة من الكربون والفولاذ منخفض السبائك المستخدمة في الخدمة الحامضة يجب أن تتمتع بصلابة قصوى تبلغ 22 HRC (Rockwell C) ، مما يحد من قوة الخضوع إلى ما يقرب من 720 ميجا باسكال - والعديد من الدرجات عالية القوة الشائعة مثل الدرجة 10.9 وأستم A193 B7 تتجاوز هذا الحد ويجب عدم استخدامها في الخدمة الحامضة دون اختبار تأهيل خاص.
حتى المواد الأساسية المحددة بشكل صحيح تستفيد من الطلاءات الواقية في بيئات أنابيب النفط. تخدم الطلاءات ثلاث وظائف: الحماية من التآكل لجسم المسمار وأسطح الخيوط، وتقليل احتكاك الخيط أثناء التثبيت (مما يؤثر بشكل مباشر على دقة عزم الدوران إلى الشد)، ومنع التهيج على الأسطح المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم.
تخضع براغي أنابيب الزيت والوصلات الملولبة لمجموعة طبقات من المعايير من API، وASTM، وNACE، وISO، وASME. إن فهم المعايير التي تنطبق على فئة المنتج يمنع وجود فجوات في المواصفات التي تخلق مخاطر عدم الامتثال في البيئات المنظمة.
| قياسي | هيئة الإصدار | النطاق | متطلبات المفتاح |
|---|---|---|---|
| API 5B | API | خيوط وقياس وفحص الغلاف والأنابيب وأنابيب الخط | يحدد شكل الخيط، والاستدقاق، والتسامح، وطرق القياس لاتصالات API |
| API 5CT | API | غلاف وأنابيب لآبار النفط والغاز | مادة grades (J55, K55, N80, L80, P110, Q125), mechanical properties, and testing requirements |
| NACE MR0175 / ISO 15156 | نيس / إسو | مادةs for use in H₂S-containing environments in oil and gas production | حدود الصلابة ومتطلبات المعالجة الحرارية واختبار التأهيل للخدمة الحامضة |
| ASTM A193 | ASTM | مسامير من سبائك الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ للخدمة في درجات الحرارة العالية | متطلبات الدرجة B7 (سبائك الفولاذ)، B8M (316SS) بما في ذلك الخواص الميكانيكية واختبار التأثير |
| ASME B1.20.1 | ASME | أبعاد وتفاوتات خيط أنبوب NPT | متطلبات شكل الخيط، والتفتق، والملعب، والقياس لاتصالات NPT |
| ISO 10423 / API 6A | إسو / أبي | معدات رأس البئر وشجرة عيد الميلاد | متطلبات مواد التثبيت والاختبار لفلنجات ووصلات رأس البئر ذات الضغط العالي |
| أستم A194 | ASTM | المكسرات لخدمة الضغط العالي ودرجة الحرارة العالية | درجات الصمولة مقترنة بمسامير A193 في أوعية الضغط وتجميعات شفة الأنابيب |
بالنسبة للسلع الأنبوبية في البلدان النفطية - سلاسل الغلاف والأنابيب التي تبطن البئر وتكمله - فإن جودة تركيبة الوصلات الملولبة تحدد بشكل مباشر ما إذا كان من الممكن إنتاج البئر بأمان عند تصنيف الضغط ودرجة الحرارة المصمم له. يعد المكياج غير المناسب سببًا رئيسيًا لفشل الاتصال الذي يتطلب عمليات إصلاح باهظة الثمن.
يجب فحص كل اتصال OCTG بصريًا وأبعاديًا قبل المكياج. يتضمن ذلك التحقق من وجود خيوط تالفة، والصدأ، والحجم، وأي تشوه خارجي لجسم الأنبوب بالقرب من الوصلة. يتطلب API 5CT قياس التوصيلات باستخدام مقاييس الحلقة والسدادة للتحقق من أنها ضمن حدود التسامح قبل تشغيلها في البئر. يجب رفض التوصيلات التي تفشل في فحص المقياس - يعد تشغيل اتصال التسامح الفرعي لتجنب تكلفة إعادة الخيوط أو الاستبدال بمثابة اقتصاد زائف يؤدي بشكل روتيني إلى ارتفاع تكاليف المعالجة في أسفل البئر.
يجب تطبيق مركب الخيط المعدل بواسطة API (المخدر) على كل من خيط الدبوس والصندوق، مع توزيع الكمية الصحيحة بالتساوي على جميع أسطح الخيط. القليل جدًا من المخدر يترك جوانب الخيط بدون حماية ويؤدي إلى الشعور بالغضب؛ يؤدي الإفراط في ذلك إلى تراكم الضغط الهيدروليكي أثناء عملية المكياج مما قد يؤدي إلى تضخم الصندوق وزيادة عزم الدوران في الاتصال. لقد تحولت الصناعة إلى حد كبير إلى مركب الخيوط المعدل API (محتوى معدني ثقيل أقل مقابل مركب API الأصلي) وإلى مركبات الخيوط المتميزة المعتمدة لهندسة اتصال محددة.
يتم إجراء اتصالات API حتى نطاق عزم دوران محدد أو عدد محدد من المنعطفات التي تتجاوز اليد، اعتمادًا على نوع الاتصال وحجم الأنبوب. تحدد الوصلات المتميزة نوافذ عزم الدوران الدقيقة - غالبًا ما تكون ضيقة بنسبة ±10% من قيمة عزم الدوران الأمثل - لأن كلاً من عزم الدوران المنخفض وعزم الدوران الزائد ينتج عنه تسرب في الوصلات. تستخدم مواقع الآبار الحديثة معدات مراقبة عزم الدوران المحوسبة التي تسجل منحنى عزم الدوران مقابل الدوران لكل اتصال، مما يسمح بوضع علامة على الانحرافات عن المنحنى المتوقع على الفور وإعادة الاتصال قبل تشغيل سلسلة الأنابيب.
في الوصلات ذات الحواف في جميع أنحاء خط الأنابيب وأنظمة أنابيب المعالجة، تعد البراغي والمسامير الهيكلية ذات أهمية بالغة لسلامة النظام مثل توصيلات الأنابيب نفسها. يجب أن يقوم التثبيت في مجموعة فلنجة عالية الضغط بضغط الحشية حتى ضغط جلوسها عبر محيط التجويف الكامل مع البقاء ضمن القدرة الهيكلية للشفة - وهي مهمة دقيقة لا يمكن للتركيب الروتيني "المحكم" تحقيقها بشكل موثوق.
يشير ASME B31.3 (أنابيب المعالجة) وASME B31.4/B31.8 (أنظمة خطوط الأنابيب) إلى ASTM A193 لمواد تثبيت الحواف. المواصفات الأكثر شيوعا هي مسامير تثبيت ASTM A193 Grade B7 مع صواميل سداسية ثقيلة من الدرجة 2H (ASTM A194) — مجموعة توفر قوة إنتاجية تبلغ 660 ميجا باسكال كحد أدنى ومُصنفة للاستخدام حتى 450 درجة مئوية. بالنسبة للخدمة ذات درجات الحرارة المنخفضة (أقل من -46 درجة مئوية)، يلزم توفر درجة B7M (التي تلبي حدود الصلابة NACE) أو درجة L7 (فولاذ كربوني منخفض الحرارة). يتم استخدام مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ (صواميل B8M / درجة 8M) في الخدمة المسببة للتآكل حيث يتآكل الفولاذ الكربوني بشكل غير مقبول.
يتطلب تحقيق ضغط متسق وصحيح للحشية تحميلًا مسبقًا للمسمار يتم التحكم فيه - وليس عزمًا بسيطًا. تقدم مفاتيح عزم الدوران تباينًا بنسبة ± 25-30٪ في حمل الترباس الفعلي بسبب تقلب الاحتكاك في الخيوط وتحت وجه الجوز. بالنسبة للفلنجات الحرجة أو الكبيرة، فإن شد المسمار الهيدروليكي (الذي يمتد المسمار محوريًا) يحقق دقة التحميل المسبق داخل ±5% وهي ممارسة قياسية في أنظمة أنابيب النفط والغاز فوق فئة الضغط ANSI 600#. يجب حساب هدف التحميل المسبق لكل حجم شفة ونوع حشية لتحقيق الحد الأدنى من ضغط الجلوس دون تجاوز قوة إنتاج المسمار أو الحد الهيكلي للشفة.
إن فهم سبب فشل براغي أنابيب الزيت والوصلات الملولبة - والظروف التشغيلية أو المادية التي تنتج كل وضع من أوضاع الفشل - يمكّن من اتخاذ إجراءات وقائية مستهدفة بدلاً من الاستبدال التفاعلي بعد حدوث تسرب أو فشل هيكلي بالفعل.
سخافة is cold-welding of thread surfaces under the frictional heat and pressure of make-up, causing metal transfer and severe surface damage. It is most common with stainless steel, duplex, and titanium fasteners, all of which have passive oxide films that break down under thread contact. تتطلب الوقاية طلاءات مضادة للحكة، وتطبيق مركب الخيط الصحيح، والتحكم في سرعة المكياج - يؤدي تكوين الطاقة السريع دون التحكم في عزم الدوران إلى زيادة خطر الإصابة بالغضب بشكل كبير على التوصيلات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل.
يمكن للبراغي والمسامير الفولاذية عالية القوة أن تمتص الهيدروجين الذري أثناء عمليات الطلاء الكهربائي (التخليل الحمضي، والترسيب الكهربائي للزنك) أو أثناء الخدمة من أنظمة الحماية الكاثودية أو التعرض لـ H₂S. ينتشر الهيدروجين الممتص إلى نقاط التركيز المجهدة ويسبب كسرًا هشًا عند أحمال أقل بكثير من القوة المقدرة للمادة. يعد الخبز بعد الطلاء عند درجة حرارة 190-220 درجة مئوية لمدة 8-24 ساعة أمرًا إلزاميًا للمثبتات المطلية بالكهرباء التي تزيد قوتها عن 1000 ميجا باسكال (حسب ASTM F1941 وISO 9587) لإخراج الهيدروجين من الشبكة قبل التثبيت. تواجه أدوات التثبيت التي لا يتم خبزها خلال 4 ساعات من الطلاء خطرًا مرتفعًا للتقصف بالهيدروجين.
تؤدي تقلبات الضغط الدورية، والاهتزاز الناتج عن المضخات والضواغط، والتدوير الحراري في خطوط الأنابيب إلى تحميل الكلال على البراغي والوصلات. تبدأ حالات فشل التعب عند جذور الخيوط - وهي أعلى نقطة تركيز للضغط في أداة التثبيت الملولبة. يؤدي استخدام الخيوط الملفوفة (حيث يتم تشكيل الخيط عن طريق الدرفلة على البارد بدلاً من القطع) إلى زيادة عمر الكلال بنسبة 20-40% مقارنة بالخيوط المقطوعة، لأن التدحرج يؤدي إلى ضغوط ضاغطة متبقية عند جذر الخيط مما يؤخر بدء تشقق التعب.
تكون مسامير ومسامير دعم الأنابيب الموجودة أسفل العزل الحراري معرضة بدرجة كبيرة للتآكل المتسارع لأن الرطوبة المحبوسة أسفل العزل تخلق خلية تآكل مركزة. يجب حماية مثبتات الفولاذ الكربوني في المناطق المعرضة لخطر CUI (عادةً تلك التي تمر عبر درجات حرارة تكثيف الماء) بطبقات عالية البناء، أو استبدالها بالفولاذ المقاوم للصدأ أو تشطيبات من سبائك الزنك والألمنيوم المرشوشة حراريًا. تمثل أعطال أدوات التثبيت المرتبطة بـ CUI في محطات النفط والغاز القديمة حصة غير متناسبة من تكاليف الصيانة غير المخطط لها غالبًا ما يتم اكتشافه فقط أثناء إزالة العزل للفحص.
في عمليات النفط والغاز الخاضعة للتنظيم، لا يعد شراء أدوات التثبيت ممارسة لشراء سلعة - بل هو نشاط بالغ الأهمية للجودة حيث تتسبب الأجزاء المزيفة أو دون المستوى المطلوب أو المحددة بشكل غير صحيح في حدوث أعطال كارثية. هذه هي متطلبات ضمان الجودة التي ينبغي أن تكون ممارسة قياسية.
يعد الاستثمار في المواصفات المناسبة، ومراقبة المشتريات، وجودة تركيب براغي أنابيب النفط صغيرًا مقارنة بتكلفة فشل اتصال واحد - والتي يمكن أن تتراوح من عشرات الآلاف إلى ملايين الدولارات في المعالجة، والاستجابة البيئية، وخسارة الإنتاج، اعتمادًا على موقع التسرب وشدته.
تشتمل مسامير التثبيت المثبتة على البراغي والغسالات والصواميل و4 قطع من الدروع الأسطوانية. من خلال شد البراغي، تتوسع أنابيب الدروع ويمكن تثبيت المكو...
انظر التفاصيل
تُستخدم مسامير الفلنجة خصيصًا لتوصيل الأنابيب والمكونات بالفلنجات بإحكام. نحن ننتج مسامير الفلنجة الصلبة والمتينة، والتي تتوافق مع المعايير المختلف...
انظر التفاصيل
تتميز مسامير المقبس السداسية ذات الخيط الكامل من أكسيد أسود من الدرجة 8.8 بتصميم سداسي داخلي ويجب استخدامها مع مفتاح ربط برأس سداسي. تصميم الخيط ال...
انظر التفاصيل
تعتبر البراغي السداسية ذات الخيط الكامل من الأكسيد الأسود من الدرجة 8.8 أداة تثبيت شائعة جدًا وتتطلب مفتاح ربط أو مفتاح ربط سداسي لإحكام ربطه. يلبي...
انظر التفاصيل
هذا المنتج مصنوع من الفولاذ الكربوني عالي الجودة ويخضع لعملية معالجة حرارية صارمة. لديها قوة عالية ومرونة جيدة وصلابة. المعالجة السطحية هي مجلفنة /...
انظر التفاصيل
هذا المسمار السداسي ذو الخيط الكامل المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ 304 هو نوع من أدوات التثبيت المصنوعة من مادة الفولاذ المقاوم للصدأ عالية الجود...
انظر التفاصيل
يعتبر مسمار الكتف الملحوم ذو الرأس المستدير البسيط هذا بمثابة قفل مناسب لمجموعة متنوعة من تطبيقات اللحام. إن تصميم الرأس المسطح والرأس الدائري يجعل...
انظر التفاصيل
يتميز مسمار المحراث ذو الرأس المربع والمطلي بالزنك من الدرجة 12.9 بمزايا الدقة العالية وقابلية التشغيل العالية والقوة العالية وقوة الشد العالية. تم...
انظر التفاصيل