Qualitätsmängel an Ölquellenrohren resultieren hauptsächlich aus drei Aspekten:
Erstens: Qualitätsmängel des Ölquellenrohrkörpers selbst, wie z. B. mechanische Eigenschaften, Innendurchführung, Gewicht usw. des Rohrkörpers, die nicht den Anforderungen entsprechen;
Zweitens: Qualitätsmängel an Ölbohrrohren während der Verarbeitung, wie z. B. Gewindeparameter (Konizität, Steigung, Zahnhöhe, Ken-Form, Konzentrizität und Gewindeabstand an beiden Enden der Kupplungen), die den Standard überschreiten, schwarze Hautverformung, gebrochene Verformung, Gewindeabweichung, Schraubendrehmoment, das den Standard überschreitet, Leckage, Gewindebeschädigung (Kratzer, Beulen), Schweißqualität des Bohrrohrs, die nicht den Anforderungen entspricht usw.;
Drittens: Die Leistungsfähigkeit der Ölquellenrohre, einschließlich der Quetschfestigkeit, der Korrosionsbeständigkeit, der Durchstoßfestigkeit und der Antihaftfestigkeit, erfüllt die Anforderungen nicht.
1. Qualitätsmängel und deren Vermeidung bei der Bearbeitung von Ölquellenrohrgewinden
Bei der Gewindebearbeitung von Ölquellenrohren können Qualitätsmängel an den Gewinden auftreten, wie z. B. schwarze Hautverformungen, Gewindeabweichungen, Gewindebruch, Gewindekratzer (Beulen) und Gewindeparameter, die die Norm überschreiten.
(1) Schwarze Gewindeverformung: Schwarze Gewindeverformung äußert sich durch ein unebenes Erscheinungsbild aufgrund unzureichender lokaler Gewindebearbeitung. Sie hängt mit der Genauigkeit von Außendurchmesser und Wandstärke, der Ovalität und der Geradheit des Rohrendes von Stahlrohren zusammen. Schwarze Verformungen am Rohrkörper entstehen häufig durch einen zu kleinen Außendurchmesser, ein nicht ausreichend gerades Rohrende oder eine zu große Ovalität. Schwarze Verformungen an Kupplungen werden im Allgemeinen durch einen zu großen Außendurchmesser des Stahlrohrs, einen zu großen Wandstärkenfehler oder eine zu große Ovalität verursacht.
(2) Gewindeabweichung: Eine Gewindeabweichung bezeichnet die ungleichmäßige Wandstärke eines Stahlrohrs nach dem Gewindeschneiden, bei der eine Seite dünner und die andere dicker ist. Die Ursache für eine Gewindeabweichung ist ähnlich der für Gewindeverformungen und wird durch ungleichmäßige Wandstärke, Biegung oder zu starke Ovalität des Rohrendes verursacht. Bei Gewindeabweichungen oder mangelhafter Bearbeitungskontrolle kann die Wandstärke am Gewindegrund die negative Toleranz überschreiten, was die Verbindungsfestigkeit der Ölbohrrohrleitung erheblich beeinträchtigt.
(3) Gewindebruch: Schneidet der Gewindekammschneider das Gewinde mit hoher Geschwindigkeit und Kraft, kann es zu einem Gewindebruch kommen, wenn das Gewinde beschädigt wird oder sich löst. Im Allgemeinen wird ein Gewindebruch hauptsächlich durch große nichtmetallische Einschlüsse im Stahl verursacht und hängt auch von der Qualität des Gewindekammschneiders und der Stabilität des Gewindeschneidprozesses ab.
(4) Gewindeschäden: Gewindeschäden an Ölquellenrohren umfassen Quetschungen und Abrieb. Sie entstehen während der Produktion, des Transports und der Lagerung der Fertigprodukte. Um Quetschungen, Beschädigungen und Rostbildung an den freiliegenden Gewinden der Ölquellenrohre zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Gewinde während der Produktion nicht mit harten Gegenständen (wie Transportrollen, schrägen Gitterrosten usw.) kollidieren, sollte ein äußerer Schutzring mit Innengewinde auf das Gewinde des Ölquellenrohrkörpers und ein innerer Schutzring mit Außengewinde auf das Kupplungsgewinde geschraubt werden.
Der API-Standard Spec 5CT legt Folgendes fest:
① Die Gewindebearbeitungsanlage sollte Innen- und Außengewindeschutzringe aufschrauben. Konstruktion, Material und mechanische Festigkeit der Gewindeschutzringe müssen die Gewinde und Rohrenden vor Beschädigungen beim normalen Be- und Entladen sowie beim Transport schützen;
② Während des Transports und der normalen Lagerung von Öl und Gehäusen müssen Konstruktion und Material des Gewindeschutzrings die Gewinde vor Schmutz und Wasser schützen. Die normale Lagerdauer beträgt etwa 1 Jahr;
③ Die Materialauswahl des Gewindeschutzrings sollte keine Materialkomponenten enthalten, die Gewindekorrosion verursachen oder dazu führen können, dass der Gewindeschutzring am Gewinde haften bleibt, und er sollte für einen Betriebstemperaturbereich von -46℃ bis +66℃ geeignet sein:
④ Gewindeschutzringe aus blankem Stahl dürfen nicht an Rohrkörpern aus Stahl der Güte L80 9Cr und 13Cr verwendet werden.
(5) Die Gewindeparameter überschreiten den Standard
Die Gewindebearbeitung ist der wichtigste Prozess bei der Herstellung von Ölquellenrohren und bestimmt maßgeblich deren Qualität. Derzeit werden die meisten Ölquellenrohre mit speziellen CNC-Werkzeugmaschinen bearbeitet. Dabei wird das Werkstück automatisch zentriert und schwimmend eingespannt. Das Werkzeug für die Gewindebearbeitung besteht aus Hartmetall und die Spindelrotation erfolgt stufenlos. Es gibt zwei Verfahren zur Gewindebearbeitung: Entweder rotiert das Werkstück und das Werkzeug führt eine Planvorschubbewegung aus, oder das Werkstück bleibt stehen und das Werkzeug rotiert und führt eine Vorschubbewegung aus. Beide Maschinentypen weisen spezifische Merkmale auf. Das erste Verfahren ist flexibel einsetzbar. Es bietet nicht nur eine hohe Produktivität bei der Bearbeitung von Standard-Kegelgewinden, sondern ermöglicht auch die Bearbeitung von Direkt- und Spezialgewinden mit hoher Dichtheit (z. B. Spezialgewinden). Das zweite Verfahren ist bei der Bearbeitung von Standard-Kegelgewinden produktiver als das erste, erfordert jedoch für Spezialgewinde Vorbearbeitungsmaschinen. Die verschiedenen Gewindeparameter (Mitteldurchmesser, Zahnhöhe, Konizität, Steigung, Zahnwinkel, Gewindesteigung usw.) beeinflussen die Verbindungsfestigkeit und Dichtwirkung des Gewindes. Die Gewindesteigung ist der Gesamtwert der Schwankungen aller einzelnen Gewindeparameter. Selbst wenn die einzelnen Gewindeparameter den Anforderungen entsprechen, kann die Gewindesteigung die Anforderungen nicht erfüllen. Die Genauigkeit der verschiedenen Gewindeparameter hängt nicht nur von der Qualität des Rohlings ab, sondern auch vom Gewindebearbeitungsverfahren, dem Werkzeugmaschinentyp und der Stabilität des Bearbeitungsprozesses sowie von der Maßgenauigkeit und Verschleißfestigkeit des Gewindekamms. Bei sonst gleichen Bedingungen bestimmt die Maßgenauigkeit des Gewindekamms die Genauigkeit der Gewindegröße. Im Allgemeinen sollte die Maßtoleranz des Gewindekamms nur 1/3 bis 1/4 der Produkttoleranz betragen, idealerweise sogar geringer sein.
(6) Drehmoment und J-Werte überschreiten die Norm: Das Drehmoment für Öl und Gehäuse bezieht sich auf das Anzugsmoment, das beim Verschrauben von Kupplung und Rohrkörper entsteht. Die Drehmomentkontrolle dient der Sicherstellung der Verbindungsfestigkeit zwischen Kupplung und Rohrkörper sowie der Anpressspannung auf der Gewindeseite. In Kombination mit dem entsprechenden Gewindedichtmittel wird so die Dichtheit von Öl und Gehäuse gewährleistet. Bei API-Standardgewinden bezeichnet der J-Wert den Abstand vom Rohrende zur Kupplungsmitte nach dem Anziehen von Kupplung und Rohrkörper. Er ist ein wichtiger Parameter zur Bestimmung der Qualität der Gewindeverbindung.
(7) Leckage: Um Öl- und Gehäuseleckagen aufgrund unzureichenden Anpressdrucks zwischen Öl- und Gehäuserohrkörper und Kupplungsgewinde zu vermeiden, werden Öl und Gehäuse mit Kupplung gemäß Norm einer hydrostatischen Druckprüfung unterzogen. Die Leckage des Gewindes zwischen Rohrkörper und Kupplung hängt von der Gewindeart und -qualität, dem Anziehen des Öl- und Gehäusegemisches sowie der Qualität des Gewindedichtfetts ab. Rundgewinde dichten besser ab als Trapezgewinde, und Spezialgewinde bieten eine noch bessere Dichtleistung. Eine präzise Gewindeform und ein angemessenes Anziehdrehmoment für Öl und Gehäuse verbessern die Dichtleistung der Gewinde. Gewindedichtfett dient der Schmierung, füllt Gewindespalte (und dichtet so ab) und schützt vor Korrosion beim Anziehen der Kupplungen und im Betrieb mit Öl und Gehäuse.
2. Leistungsfähigkeit von Ölquellenrohren
Zu den Leistungsmerkmalen von Ölquellenrohren gehören die Beständigkeit gegen Verkleben, die Beständigkeit gegen Zusammenfallen, die Korrosionsbeständigkeit und die Beständigkeit gegen Durchstoßen.
(1) Antihaftverhalten: Gemäß den Normen müssen Gewindeverbindungen zwischen Öl- und Gehäuserohr hergestellt und gelöst werden. Jede Verbindung muss sechsmal hergestellt und gelöst werden. Die Verbindung wird bis zum vom Hersteller empfohlenen maximalen Drehmoment angezogen, anschließend gelöst und das Festklemmen der Innen- und Außengewinde von Öl- und Gehäuserohr geprüft. Das Festklemmen der Gewinde hängt von Faktoren wie Gewindequalität, Gewindeoberflächenhärte, Anziehgeschwindigkeit, Oberflächenreibungskoeffizient und Kontaktspannung (Anziehdrehmoment) ab. Um das Antihaftverhalten der Gewinde zu verbessern, sollten die Gewindeoberflächenbearbeitung, die Härte und die Gleichmäßigkeit der Gewinde verbessert, die Gewindegeschwindigkeit reduziert und das Anziehdrehmoment kontrolliert werden. Gleichzeitig sollte die Innengewindefläche der Kupplung mit einer weicheren Metall- oder Nichtmetallschicht beschichtet werden, um den Rohrkörper von Öl- und Gehäuserohr von der Kupplung zu trennen. Dadurch wird ein Verkleben der Metalloberflächen der beiden Gewinde verhindert und ein Einreißen oder gar Ausreißen der Gewinde vermieden. Vor dem Verschrauben der Kupplung muss die Gewindeoberfläche mit Gewindefett bestrichen werden, um ein Festfressen nach dem Verschrauben zu verhindern und die Dichtwirkung zu verbessern. Für die Beschichtung der Gewindeoberfläche stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, beispielsweise Verzinken und Phosphatieren. Bei manchen speziellen Werkstoffen und Gewindearten ist häufig eine Kupferplattierung erforderlich. Werkseitig bedingte Verklemmungsfaktoren: Gewindeparameter (Steigung, Zahnhöhe, Konizität, Anzugsmoment, Zahnprofil-Halbwinkel usw.), Abstimmung von Innen- und Außengewinde (Oberflächenbehandlung, Oberflächengüte, Phosphatierung, Verzinkung, Kupferplattierung usw.), Gewindefett (Funktion: Schmierung, Füllung und Abdichtung usw., Zusammensetzung aus Metallpulver und Fett), Gewindekontrolle (Anzugsmoment, Anzugsgeschwindigkeit usw.), Materialeigenschaften usw. Faktoren im Zusammenhang mit der Anwendung und dem Betrieb auf Ölfeldern sind: Heben ohne Gewindeschutz, schiefes Gewindeschneiden (das Rohr schwingt in der Luft und ist nicht konzentrisch zum Bohrlochgewinde), fehlendes oder unzureichendes Gewindeschneiden, Gewindefett (entspricht nicht den Normen, Sand und andere Verunreinigungen), Anzugsgeschwindigkeit und Anzugsmoment sowie die Klemmkraft großer Zangen.
(2) Stabilität gegen Kollaps (Quetschung): Mit zunehmender Bohrtiefe steigt der Druck auf Öl und Verrohrung in Öl- und Gasbohrungen, insbesondere in Tiefbohrungen, Ultratiefbohrungen oder Bohrungen in komplexen Formationen wie Steinsalz, Salzpaste, Schiefer und weichen Gesteinsformationen, die eine Isolierung plastischer Fließvorgänge erfordern. Überschreitet der Außendruck einen bestimmten Grenzwert, entsteht im Bohrlochrohr eine Rille oder eine elliptische Verformung, die als Bohrlochrohrkollaps bezeichnet wird.
(3) Korrosionsbeständigkeit: Einige Öl- und Gasfelder enthalten große Mengen korrosiver Medien wie Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid oder Chloridionen. Dies stellt hohe Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit von Öl und Verrohrung, insbesondere an die Beständigkeit gegen Sulfidspannungskorrosion sowie gegen CO₂- und Cl⁻-Korrosion. Die Korrosionsbeständigkeit von Öl und Verrohrung hängt maßgeblich von Faktoren wie der chemischen Zusammensetzung des Stahls und der Eigenspannung der Stahlrohre ab. Die Reduzierung des Gehalts an nichtmetallischen Einschlüssen und schädlichen Elementen im Stahl, die Erhöhung des Anteils korrosionsbeständiger Elemente wie Chrom und Nickel, die Verringerung der Eigenspannung in den Stahlrohren und die Verbesserung der Streckgrenze der Stahlrohre tragen alle zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Öl und Verrohrung bei.
(4) Perforationsleistung: Der ölfördernde Teil des Ölschichtrohrs (geschichtete Ölförderung in Mehrschicht-Ölquellen) muss perforiert werden, damit Rohöl aus der vorgesehenen ölhaltigen Ölsandschicht in das Rohr fließen kann. Daher ist eine gute Perforationsleistung des Ölschichtrohrs erforderlich, insbesondere bei der spritzenlosen Perforation. Die Perforationsleistung wird durch Perforationstests ermittelt. Dazu wird das zu testende Rohr in einem simulierten Bohrloch aufgehängt und eine bestimmte Anzahl geformter Perforationsgeschosse in unterschiedlichen Abständen und Richtungen im Rohr befestigt. Anschließend wird die Perforation durchgeführt. Nach der Perforation ist die Perforationsleistung gut, wenn keine Risse um die Löcher im Testrohr vorhanden sind. Sind einige kleine Risse um die Löcher vorhanden, deren Anzahl und Länge jedoch die technischen Anforderungen nicht überschreiten, gilt die Perforationsleistung als qualifiziert. Überschreitet die Anzahl oder Länge der Risse um die Bohrungen die Anforderungen, insbesondere wenn die Risse zwischen zwei benachbarten Bohrungen miteinander verbunden sind, gilt die Perforationsleistung als ungenügend. Das Ölfeld stellt zudem klare Anforderungen an das Ausmaß der Aufweitung des Bohrrohrs nach der Perforation sowie an die Höhe der inneren und äußeren Grate um die Bohrungen.
Veröffentlichungsdatum: 14. Oktober 2024