Defeitos de qualidade e prevenção em tubulações de poços de petróleo

Os defeitos de qualidade dos tubos de poços de petróleo decorrem principalmente de três aspectos:
Primeiro: defeitos de qualidade no próprio corpo do tubo do poço de petróleo, tais como propriedades mecânicas, passagem interna, pesagem, etc., do corpo do tubo que não atendem aos requisitos;
Segundo: defeitos de qualidade dos tubos de poços de petróleo durante o processamento, tais como parâmetros de rosca (conicidade, passo, altura do dente, formato Ken, concentricidade e distância entre as roscas em ambas as extremidades das conexões) que excedem o padrão, dobras na superfície, quebras na rosca, desvio da rosca, torque do parafuso que excede o padrão, vazamento, danos na rosca (arranhões, protuberâncias), qualidade da solda do tubo de perfuração que não atende aos requisitos, etc.;
Terceiro: O desempenho dos tubos de poços de petróleo, incluindo o desempenho antiesmagamento, o desempenho anticorrosivo, o desempenho de perfuração e o desempenho antiaderente, não atende aos requisitos.

1. Defeitos de qualidade e prevenção no processamento de roscas de tubos para poços de petróleo
Durante o processo de rosqueamento de tubos para poços de petróleo, as roscas podem apresentar defeitos de qualidade, como ondulações na superfície, desvios, quebras, arranhões (protuberâncias) e parâmetros fora dos padrões.

(1) Enrugamento da rosca: O enrugamento da rosca manifesta-se como uma aparência "irregular" devido ao processamento local insuficiente da rosca, o que está relacionado à precisão do diâmetro externo e da espessura da parede, à ovalização e à retidão da extremidade do tubo de aço. O enrugamento do corpo do tubo é frequentemente causado pelo diâmetro externo do corpo do tubo ser muito pequeno, pela extremidade do tubo não ser suficientemente reta ou pela ovalização ser muito grande. O enrugamento da conexão geralmente é causado pelo diâmetro externo do tubo de aço exceder a tolerância positiva, pela espessura da parede exceder a tolerância negativa ou pela ovalização ser muito grande.

(2) Desvio de rosca: O desvio de rosca é a espessura irregular da parede do tubo de aço, com um lado mais fino e o outro mais grosso após a roscagem. A causa do desvio de rosca é semelhante à da dobra negra da rosca, que é causada por espessura irregular da parede, curvatura ou ovalização excessiva da extremidade do tubo. Às vezes, quando ocorre desvio de rosca ou controle de processamento inadequado, a espessura da parede da base da rosca pode exceder a tolerância negativa, o que afetará seriamente a resistência da conexão do tubo do poço de petróleo.

(3) Quebra da rosca: Quando o pente de corte de rosca corta a rosca em alta velocidade e com força, uma vez que a rosca se rompa ou se "perca", isso causará a quebra da rosca. De modo geral, a quebra da rosca é causada principalmente por grandes inclusões não metálicas no aço e também está relacionada à qualidade do pente de corte de rosca e à estabilidade do processo de rosqueamento.

(4) Danos na rosca: Os danos na rosca do tubo do poço de petróleo incluem amassados ​​e abrasões. São causados ​​durante a produção, transporte e armazenamento dos produtos acabados. Para evitar que as roscas expostas do tubo do poço de petróleo sejam amassadas, esmagadas e enferrujadas, além de garantir que as roscas não colidam com objetos duros (como roletes de transporte, barras de grelha inclinadas, etc.) durante a produção, um anel de proteção externo com rosca interna deve ser rosqueado nas roscas do corpo do tubo do poço de petróleo e um anel de proteção interno com rosca externa deve ser rosqueado nas roscas do acoplamento.

A especificação API 5CT estipula o seguinte:
① A fábrica de processamento de roscas deve instalar anéis de proteção de rosca internos e externos. O projeto, o material e a resistência mecânica do anel de proteção de rosca devem proteger as roscas e as extremidades dos tubos para evitar danos durante o carregamento, descarregamento e transporte normais;
② Durante o transporte e armazenamento normal de óleo e revestimento, o projeto e o material do anel de proteção da rosca devem isolar as roscas da sujeira e da água. O período normal de armazenamento é de cerca de 1 ano;
③ O material selecionado para o anel de proteção da rosca não deve conter componentes que possam causar corrosão na rosca ou fazer com que o anel de proteção adira à rosca, e deve ser adequado para uma temperatura de serviço de -46℃ a +66℃:
④ Anéis de proteção de rosca de aço nu não devem ser usados ​​em corpos de tubos de aço L80 de grau 9Cr e 13Cr.

(5) Os parâmetros da thread excedem o padrão
A usinagem de roscas é o processo mais importante na produção de tubos para poços de petróleo e também um fator chave para determinar a qualidade da rosca desses tubos. Atualmente, a maioria dos tubos para poços de petróleo são rosqueados utilizando máquinas-ferramenta CNC especiais. Durante a usinagem de roscas, a peça é automaticamente centrada e fixada de forma flutuante. A ferramenta para usinagem de roscas utiliza metal duro e a rotação do fuso é contínua. Existem duas maneiras de usinar roscas: uma em que a peça gira e a ferramenta realiza um movimento de avanço plano; a outra em que a peça permanece imóvel e a ferramenta gira e realiza o movimento de avanço. Esses dois tipos de máquinas-ferramenta possuem características próprias. A primeira é mais flexível. Ela não só apresenta alta produtividade na usinagem de roscas cônicas comuns, como também pode usinar roscas com conexões diretas e roscas especiais com boa estanqueidade (roscas especiais); a segunda apresenta maior produtividade na usinagem de roscas cônicas comuns do que a primeira, mas as roscas especiais exigem máquinas-ferramenta de pré-usinagem. Os diversos parâmetros da rosca (diâmetro médio, altura do dente, conicidade, passo, ângulo do dente, distância entre dentes, etc.) afetam a resistência da conexão e o desempenho da vedação. A distância entre dentes da rosca é o valor resultante da variação de cada parâmetro individual da rosca. Mesmo que os parâmetros individuais da rosca estejam dentro dos padrões, sua distância entre dentes pode não estar. A precisão dos diversos parâmetros da rosca não está relacionada apenas à qualidade do tubo bruto, mas também ao método de usinagem da rosca, ao tipo de máquina-ferramenta e à estabilidade do processo de usinagem, bem como à precisão dimensional e à resistência ao desgaste do pente de rosca. Mantendo-se as demais condições iguais, a precisão dimensional do pente de rosca determina a precisão da dimensão da rosca. Geralmente, a tolerância dimensional exigida para o pente de rosca deve ser de apenas 1/3 a 1/4 da tolerância do produto, ou até mesmo superior.

(6) Valores de torque e J excedem o padrão: O torque de aperto do óleo e da carcaça refere-se ao torque de aperto gerado quando o acoplamento e o corpo do tubo são rosqueados. O objetivo do controle do torque é garantir a resistência da conexão entre o acoplamento e o corpo do tubo, bem como a tensão de pressão de contato no lado da rosca, e, em conjunto com a graxa de vedação de rosca correspondente, impedir vazamentos de óleo e da carcaça. Para roscas padrão API, o valor J representa a distância da extremidade do tubo até o centro do acoplamento após o aperto do acoplamento e do corpo do tubo, sendo um dos parâmetros importantes que determinam a qualidade da conexão roscada.

(7) Vazamento: Para evitar vazamentos de óleo e revestimento devido à pressão de contato insuficiente entre o óleo e o corpo do tubo de revestimento e a rosca do acoplamento, o óleo e o revestimento com o acoplamento são submetidos a um teste de pressão hidrostática de acordo com a norma. O vazamento da rosca que conecta o corpo do tubo ao acoplamento está relacionado ao tipo e à qualidade da rosca, ao rosqueamento do óleo e do revestimento e à qualidade da graxa de vedação da rosca. Em termos de tipo de rosca, o desempenho de vedação das roscas redondas é melhor do que o das roscas trapezoidais, e as roscas especiais são ainda melhores. A forma de rosca de alta precisão e o torque de rosqueamento adequado do óleo e do revestimento contribuem para melhorar o desempenho de vedação das roscas. A graxa de vedação da rosca desempenha um papel na lubrificação, no preenchimento das folgas da rosca (vedação) e na proteção anticorrosiva durante o rosqueamento dos acoplamentos e o uso do óleo e do revestimento.

2. Desempenho de tubulações de poços de petróleo
O desempenho dos tubos de poços de petróleo inclui resistência à aderência, ao colapso, à corrosão e à perfuração.

(1) Desempenho antiaderente: De acordo com os requisitos da norma, as juntas roscadas de óleo e revestimento precisam ser montadas e desmontadas. É estipulado que cada junta deve ser montada e desmontada 6 vezes. Aperte até o torque máximo recomendado pelo fabricante, desmonte e verifique o atrito das roscas internas e externas de óleo e revestimento. O atrito das roscas de óleo e revestimento está relacionado a fatores como qualidade da rosca, dureza da superfície da rosca, velocidade de aperto, coeficiente de atrito superficial e tensão de contato (torque de aperto do acoplamento). Para melhorar o desempenho antiaderente das roscas de óleo e revestimento, o acabamento das roscas, a dureza e a uniformidade das roscas devem ser melhorados, a velocidade de rosqueamento deve ser reduzida e o torque de aperto deve ser controlado. Ao mesmo tempo, uma camada de filme metálico ou não metálico mais macio deve ser depositada na superfície interna da rosca do acoplamento para separar o corpo do tubo de óleo e revestimento do acoplamento, evitando a adesão das superfícies metálicas das duas roscas e prevenindo o rasgo ou mesmo a ruptura das roscas. Antes de rosquear a conexão, a superfície da rosca precisa ser revestida com graxa para evitar que as roscas grudem após o rosqueamento e para melhorar o desempenho da vedação. Existem muitos métodos de revestimento para a superfície da rosca da conexão: como galvanização e fosfatização; para alguns materiais especiais e roscas de conexão específicas, o revestimento de cobre é frequentemente necessário. Fatores de travamento relacionados à fábrica: parâmetros da rosca (passo, altura do dente, conicidade, torque de aperto, semiângulo do perfil do dente, etc.), compatibilidade entre roscas internas e externas (tratamento de superfície, acabamento superficial, fosfatização, galvanização, revestimento de cobre, etc.), graxa para roscas (função: lubrificação, preenchimento e vedação, etc., composta de pó metálico e graxa), controle da rosca (torque de rosqueamento, velocidade de rosqueamento, etc.), fatores do material, etc. Fatores relacionados ao uso e operação em campos petrolíferos incluem: içamento sem protetores de rosca, rosqueamento desalinhado (o tubo oscila no ar e não está concêntrico com a rosca do poço), ausência ou insuficiência de roscas, graxa para roscas (não atendendo aos requisitos padrão, areia e outros detritos), velocidade e torque de rosqueamento e força de aperto de grandes chaves de aperto.

(2) Desempenho anti-colapso (esmagamento): À medida que a profundidade de perfuração aumenta, a pressão sobre o óleo e o revestimento nos poços de petróleo e gás aumenta, especialmente em poços profundos, poços ultraprofundos ou poços de petróleo e gás em formações complexas, como sal-gema, pasta salina, xisto e formações rochosas macias que precisam isolar o fluxo plástico. Quando a pressão externa excede um determinado limite, o corpo da tubulação do poço de petróleo produzirá um sulco ou deformação elíptica, o que é chamado de colapso da tubulação do poço de petróleo.

(3) Resistência à corrosão: Alguns campos de petróleo e gás contêm uma grande quantidade de meios corrosivos, como sulfeto de hidrogênio, dióxido de carbono ou íons cloreto, o que impõe requisitos de resistência à corrosão para o óleo e o revestimento, incluindo resistência à corrosão sob tensão por sulfeto, resistência à corrosão por CO2 e Cl-, etc. A resistência à corrosão do óleo e do revestimento está principalmente relacionada a fatores como a composição química do aço e o valor da tensão residual do tubo de aço. Reduzir o teor de inclusões não metálicas e elementos nocivos no aço, aumentar os elementos resistentes à corrosão, como Cr e Ni, reduzir a tensão residual nos tubos de aço e melhorar a relação de limite de escoamento dos tubos de aço são medidas que contribuem para melhorar a resistência à corrosão do óleo e do revestimento.

(4) Desempenho de perfuração: A parte de produção de petróleo do revestimento da camada petrolífera (produção de petróleo em camadas em poços de petróleo com múltiplas camadas petrolíferas) requer perfuração para permitir que o petróleo bruto flua para o revestimento a partir da camada de areia petrolífera designada. Por esse motivo, o revestimento da camada petrolífera deve ter um bom desempenho de perfuração, especialmente quando se utilizam operações de perfuração sem canhão, em que o desempenho de perfuração do revestimento deve ser ainda maior. O desempenho de perfuração do revestimento é obtido por meio de testes de perfuração. Ou seja, o revestimento a ser testado é suspenso em um poço simulado e um certo número de projéteis perfuradores moldados, com uma determinada distância e em diferentes direções, são inseridos no revestimento. Em seguida, a perfuração é realizada. Após a perfuração, se não houver rachaduras ao redor dos furos do revestimento de teste, o desempenho de perfuração é bom; se houver algumas pequenas rachaduras ao redor dos furos, mas seu número e comprimento não excederem os requisitos das condições técnicas, então o desempenho de perfuração é satisfatório; E se o número ou o comprimento das fissuras ao redor dos furos exceder os requisitos, especialmente se as fissuras entre dois furos adjacentes estiverem conectadas, o desempenho da perfuração será considerado insatisfatório. O campo petrolífero também possui requisitos claros quanto à quantidade de expansão do revestimento após a perfuração e à altura das rebarbas internas e externas ao redor dos furos.