ข้อบกพร่องด้านคุณภาพและการป้องกันท่อบ่อน้ำมัน

ข้อบกพร่องด้านคุณภาพของท่อส่งน้ำมันส่วนใหญ่เกิดจากสามสาเหตุหลัก ได้แก่:
ประการแรก: ข้อบกพร่องด้านคุณภาพของตัวท่อบ่อน้ำมันเอง เช่น คุณสมบัติทางกล การไหลภายใน น้ำหนัก ฯลฯ ของตัวท่อที่ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด
ประการที่สอง: ข้อบกพร่องด้านคุณภาพของท่อบ่อน้ำมันระหว่างการผลิต เช่น พารามิเตอร์ของเกลียว (ความเรียว ระยะห่างของเกลียว ความสูงของฟัน รูปทรงของฟัน ความเป็นศูนย์กลาง และระยะห่างของเกลียวที่ปลายทั้งสองข้างของข้อต่อ) เกินมาตรฐาน เกลียวดำบิดเบี้ยว เกลียวหัก แรงบิดของสกรูเกินมาตรฐาน การรั่วซึม ความเสียหายของเกลียว (รอยขีดข่วน รอยบุบ) คุณภาพการเชื่อมท่อเจาะไม่เป็นไปตามข้อกำหนด เป็นต้น
ประการที่สาม: ประสิทธิภาพของท่อบ่อน้ำมัน รวมถึงประสิทธิภาพในการต้านทานการบีบอัด ประสิทธิภาพในการต้านทานการกัดกร่อน ประสิทธิภาพในการป้องกันการทะลุ และประสิทธิภาพในการป้องกันการเกาะติด ไม่เป็นไปตามข้อกำหนด

1. ข้อบกพร่องด้านคุณภาพและการป้องกันในกระบวนการผลิตเกลียวท่อบ่อน้ำมัน
ในระหว่างกระบวนการผลิตเกลียวของท่อส่งน้ำมัน อาจพบข้อบกพร่องด้านคุณภาพในเกลียว เช่น เกลียวดำบิดเบี้ยว เกลียวหัก เกลียวเป็นรอยขีดข่วน (บวม) และค่าพารามิเตอร์ของเกลียวเกินมาตรฐาน

(1) รอยบุ๋มดำของเกลียว: รอยบุ๋มดำของเกลียวปรากฏให้เห็นเป็นลักษณะ "ไม่เรียบ" เนื่องจากการประมวลผลเกลียวเฉพาะที่น้อยเกินไป ซึ่งเกี่ยวข้องกับความแม่นยำของเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกและความหนาของผนัง ความเป็นรูปไข่ และความตรงของปลายท่อเหล็ก รอยบุ๋มดำของตัวท่อส่วนใหญ่มักเกิดจากเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของตัวท่อเล็กเกินไป ปลายท่อไม่ตรงเพียงพอ หรือความเป็นรูปไข่มากเกินไป รอยบุ๋มดำของข้อต่อโดยทั่วไปเกิดจากเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของท่อเหล็กเกินค่าความคลาดเคลื่อนบวก ความหนาของผนังเกินค่าความคลาดเคลื่อนลบ หรือความเป็นรูปไข่มากเกินไป

(2) การเบี่ยงเบนของเกลียว: การเบี่ยงเบนของเกลียวคือความหนาของผนังท่อเหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ โดยด้านหนึ่งบางและอีกด้านหนึ่งหนาหลังจากทำการเกลียว สาเหตุของการเบี่ยงเบนของเกลียวคล้ายกับสาเหตุของการบิดงอของเกลียว ซึ่งเกิดจากความหนาของผนังที่ไม่สม่ำเสมอ การงอ หรือความรีมากเกินไปของปลายท่อ บางครั้ง เมื่อเกิดการเบี่ยงเบนของเกลียวหรือการควบคุมการประมวลผลที่ไม่เหมาะสม ความหนาของผนังด้านล่างของเกลียวอาจเกินค่าความคลาดเคลื่อนเชิงลบ ซึ่งจะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อความแข็งแรงของการเชื่อมต่อของท่อบ่อน้ำมัน

(3) การขาดของเกลียว: เมื่อหวีตัดเกลียวตัดเกลียวด้วยความเร็วสูงและแรง หากเกลียวขาดหรือ “หายไป” จะทำให้เกลียวขาด โดยทั่วไป การขาดของเกลียวส่วนใหญ่เกิดจากสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะขนาดใหญ่ในเหล็ก และยังเกี่ยวข้องกับคุณภาพของหวีตัดเกลียวและความเสถียรของกระบวนการทำเกลียวด้วย

(4) ความเสียหายของเกลียว: ความเสียหายของเกลียวท่อน้ำมัน ได้แก่ รอยฟกช้ำและรอยขีดข่วน ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการผลิต การขนส่ง และการจัดเก็บผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป เพื่อป้องกันไม่ให้เกลียวที่เปิดโล่งของท่อน้ำมันเกิดรอยฟกช้ำ บดขยี้ และเป็นสนิม นอกจากการตรวจสอบให้แน่ใจว่าเกลียวไม่ชนกับวัตถุแข็ง (เช่น ลูกกลิ้งขนส่ง แท่งตะแกรงเอียง ฯลฯ) ระหว่างการผลิตแล้ว ควรขันแหวนป้องกันภายนอกที่มีเกลียวภายในเข้ากับเกลียวของตัวท่อน้ำมัน และควรขันแหวนป้องกันภายในที่มีเกลียวภายนอกเข้ากับเกลียวของข้อต่อ

มาตรฐาน API Spec 5CT กำหนดไว้ดังนี้:
① โรงงานแปรรูปเกลียวควรติดตั้งแหวนป้องกันเกลียวทั้งด้านในและด้านนอก การออกแบบ วัสดุ และความแข็งแรงเชิงกลของแหวนป้องกันเกลียวจะต้องช่วยปกป้องเกลียวและปลายท่อจากความเสียหายระหว่างการขนถ่ายและการขนส่งตามปกติ
② ในระหว่างการขนส่งและการเก็บรักษาน้ำมันและท่อตามปกติ การออกแบบและวัสดุของแหวนป้องกันเกลียวจะต้องป้องกันไม่ให้สิ่งสกปรกและน้ำเข้าไปทำลายเกลียว ระยะเวลาการเก็บรักษาปกติประมาณ 1 ปี
③ วัสดุที่เลือกใช้ในการผลิตแหวนป้องกันเกลียวไม่ควรมีส่วนประกอบของวัสดุที่อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนของเกลียวหรือทำให้แหวนป้องกันเกลียวติดกับเกลียว และควรใช้งานได้ที่อุณหภูมิตั้งแต่ -46℃ ถึง +66℃
④ ห้ามใช้แหวนป้องกันเกลียวเหล็กเปลือยกับท่อเหล็กเกรด L80 9Cr และ 13Cr

(5) พารามิเตอร์เกลียวเกินมาตรฐาน
การขึ้นรูปเกลียวเป็นกระบวนการที่สำคัญที่สุดในการผลิตท่อสำหรับบ่อน้ำมัน และยังเป็นกระบวนการสำคัญที่กำหนดคุณภาพของเกลียวในท่อบ่อน้ำมันอีกด้วย ปัจจุบัน ท่อบ่อน้ำมันส่วนใหญ่ใช้เครื่องจักร CNC พิเศษในการขึ้นรูปเกลียว ในระหว่างการขึ้นรูปเกลียว ชิ้นงานจะถูกจัดตำแหน่งตรงกลางและยึดแบบลอยตัวโดยอัตโนมัติ เครื่องมือที่ใช้ในการขึ้นรูปเกลียวใช้เครื่องมือคาร์ไบด์ และการหมุนของแกนหมุนเป็นแบบต่อเนื่อง มีวิธีขึ้นรูปเกลียวสองวิธี คือ วิธีแรกคือชิ้นงานหมุนและเครื่องมือเคลื่อนที่แบบป้อนในระนาบ และวิธีที่สองคือชิ้นงานไม่เคลื่อนที่และเครื่องมือหมุนและเคลื่อนที่แบบป้อน เครื่องมือทั้งสองประเภทนี้มีลักษณะเฉพาะของตนเอง แบบแรกใช้งานได้ยืดหยุ่นกว่า ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพการผลิตสูงในการขึ้นรูปเกลียวเรียวทั่วไป แต่ยังสามารถขึ้นรูปเกลียวแบบต่อตรงและเกลียวแบบต่อพิเศษที่มีความแน่นหนาดี (ข้อต่อพิเศษ) ได้อีกด้วย ในขณะที่แบบหลังมีประสิทธิภาพการผลิตสูงกว่าในการขึ้นรูปเกลียวเรียวทั่วไป แต่ข้อต่อพิเศษต้องใช้เครื่องมือที่ผ่านการเตรียมการล่วงหน้า พารามิเตอร์ต่างๆ ของเกลียว (เส้นผ่านศูนย์กลางตรงกลาง ความสูงของฟัน ความเรียว ระยะห่างของฟัน มุมของฟัน ระยะห่างระหว่างฟัน ฯลฯ) จะส่งผลต่อความแข็งแรงในการเชื่อมต่อและประสิทธิภาพการซีลของเกลียว ระยะห่างระหว่างฟันเป็นค่าโดยรวมของการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์แต่ละตัวของเกลียว แม้ว่าพารามิเตอร์แต่ละตัวของเกลียวจะอยู่ในเกณฑ์ที่กำหนด แต่ระยะห่างระหว่างฟันอาจไม่เป็นไปตามเกณฑ์ ความแม่นยำของพารามิเตอร์ต่างๆ ของเกลียวไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับคุณภาพของชิ้นงานท่อเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับวิธีการแปรรูปเกลียว ประเภทของเครื่องมือกล และความเสถียรของกระบวนการแปรรูป ตลอดจนความแม่นยำของขนาดและความทนทานต่อการสึกหรอของหวีเกลียว เมื่อเงื่อนไขอื่นๆ เหมือนกัน ความแม่นยำของขนาดของหวีเกลียวจะเป็นตัวกำหนดความแม่นยำของขนาดเกลียว โดยทั่วไปแล้ว ค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดของหวีเกลียวจะต้องอยู่ที่ 1/3 ถึง 1/4 ของค่าความคลาดเคลื่อนของผลิตภัณฑ์ หรือสูงกว่านั้นก็ได้

(6) ค่าแรงบิดและค่า J เกินมาตรฐาน: แรงบิดของน้ำมันและท่อหมายถึงแรงบิดที่เกิดขึ้นเมื่อขันข้อต่อและตัวท่อเข้าด้วยกัน จุดประสงค์ของการควบคุมแรงบิดคือเพื่อให้มั่นใจในความแข็งแรงของการเชื่อมต่อระหว่างข้อต่อและตัวท่อ และแรงดันสัมผัสที่ด้านเกลียว และเพื่อให้ทำงานร่วมกับจาระบีซีลเกลียวที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการรั่วไหลของน้ำมันและท่อ สำหรับเกลียวมาตรฐาน API ค่า J แสดงถึงระยะห่างจากปลายท่อถึงศูนย์กลางของข้อต่อหลังจากขันข้อต่อและตัวท่อให้แน่น ซึ่งเป็นหนึ่งในพารามิเตอร์สำคัญที่กำหนดคุณภาพของการเชื่อมต่อเกลียว

(7) การรั่วซึม: เพื่อป้องกันการรั่วซึมของน้ำมันและท่อปลอกเนื่องจากแรงดันสัมผัสระหว่างน้ำมันและตัวท่อปลอกกับเกลียวข้อต่อไม่เพียงพอ น้ำมันและท่อปลอกพร้อมข้อต่อจะต้องผ่านการทดสอบแรงดันไฮโดรสแตติกตามมาตรฐาน การรั่วซึมของเกลียวที่เชื่อมต่อตัวท่อและข้อต่อเกี่ยวข้องกับชนิดและคุณภาพของเกลียว การขันน้ำมันและท่อปลอก และคุณภาพของจาระบีซีลเกลียว ในแง่ของชนิดเกลียว ประสิทธิภาพการซีลของเกลียวกลมดีกว่าเกลียวสี่เหลี่ยมคางหมู และเกลียวพิเศษจะดียิ่งขึ้นไปอีก รูปทรงเกลียวที่มีความแม่นยำสูงและแรงบิดในการขันน้ำมันและท่อปลอกที่เหมาะสมจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการซีลของเกลียว จาระบีซีลเกลียวสามารถทำหน้าที่หล่อลื่น เติมช่องว่างของเกลียว (ซีล) และป้องกันการกัดกร่อนในระหว่างการขันข้อต่อและการใช้งานน้ำมันและท่อปลอก

2. ประสิทธิภาพของท่อส่งน้ำมันในบ่อ
คุณสมบัติของท่อสำหรับบ่อน้ำมันประกอบด้วย คุณสมบัติป้องกันการติดขัด คุณสมบัติป้องกันการยุบตัว คุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน และคุณสมบัติป้องกันการทะลุ

(1) ประสิทธิภาพการป้องกันการติดขัด: ตามข้อกำหนดมาตรฐาน ข้อต่อเกลียวของท่อน้ำมันและท่อปลอกต้องได้รับการประกอบและถอดออก โดยกำหนดให้แต่ละข้อต่อต้องประกอบและถอดออก 6 ครั้ง ประกอบจนถึงแรงบิดสูงสุดที่ผู้ผลิตแนะนำ จากนั้นถอดออก และตรวจสอบการติดขัดของเกลียวภายในและภายนอกของท่อน้ำมันและท่อปลอก การติดขัดของเกลียวท่อน้ำมันและท่อปลอกเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่างๆ เช่น คุณภาพของเกลียว ความแข็งของพื้นผิวเกลียว ความเร็วในการประกอบ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของพื้นผิว และความเค้นสัมผัส (แรงบิดในการขันของข้อต่อ) เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันการติดขัดของเกลียวท่อน้ำมันและท่อปลอก ควรปรับปรุงความเรียบของเกลียว ความแข็งและความสม่ำเสมอของเกลียว ควรลดความเร็วในการทำเกลียว และควรควบคุมแรงบิดในการขัน ในขณะเดียวกัน ควรเคลือบฟิล์มโลหะหรืออโลหะที่อ่อนกว่าลงบนพื้นผิวเกลียวด้านในของข้อต่อ เพื่อแยกตัวท่อของน้ำมันและปลอกออกจากข้อต่อ ป้องกันไม่ให้พื้นผิวโลหะของเกลียวทั้งสองติดกัน และหลีกเลี่ยงการฉีกขาดหรือแม้กระทั่งการฉีกขาดของเกลียว ก่อนขันข้อต่อ พื้นผิวเกลียวจำเป็นต้องเคลือบด้วยจาระบีสำหรับเกลียว เพื่อป้องกันไม่ให้เกลียวติดหลังจากขันข้อต่อแล้ว และเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการซีลของเกลียว มีวิธีการเคลือบผิวสำหรับเกลียวข้อต่อหลายวิธี เช่น กระบวนการชุบสังกะสีและฟอสเฟต สำหรับวัสดุพิเศษบางชนิดและเกลียวเชื่อมต่อพิเศษ มักจำเป็นต้องใช้การชุบทองแดง ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับโรงงานผู้ผลิต ได้แก่ พารามิเตอร์ของเกลียว (ระยะห่างของเกลียว ความสูงของฟัน ความเรียว แรงบิดในการขันแน่น มุมครึ่งหนึ่งของรูปทรงฟัน ฯลฯ) การจับคู่เกลียวภายในและภายนอก (การรักษาพื้นผิว การตกแต่งพื้นผิว การเคลือบฟอสเฟต การชุบสังกะสี การชุบทองแดง ฯลฯ) จาระบีสำหรับเกลียว (หน้าที่: การหล่อลื่น การเติม และการปิดผนึก ฯลฯ ประกอบด้วยผงโลหะและจาระบี) การควบคุมเกลียว (แรงบิดในการขันเกลียว ความเร็วในการขันเกลียว ฯลฯ) ปัจจัยด้านวัสดุ ฯลฯ ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานและการปฏิบัติงานในแหล่งน้ำมัน ได้แก่ การยกโดยไม่มีตัวป้องกันเกลียว การขันเกลียวเอียง (ท่อแกว่งในอากาศและไม่ตรงกับเกลียวของบ่อ) การไม่มีเกลียวหรือมีเกลียวน้อย จาระบีสำหรับเกลียว (ไม่เป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐาน มีทรายและเศษวัสดุอื่นๆ) ความเร็วในการขันเกลียวและแรงบิดในการขันเกลียว และแรงยึดของคีมขนาดใหญ่

(2) ประสิทธิภาพการป้องกันการยุบตัว (การบีบอัด): เมื่อความลึกในการเจาะเพิ่มขึ้น ความดันในน้ำมันและท่อในบ่อน้ำมันและก๊าซจะเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบ่อลึก บ่อลึกมาก หรือบ่อน้ำมันและก๊าซในชั้นหินที่ซับซ้อน เช่น หินเกลือ เกลือข้น หินดินดาน และหินอ่อน ซึ่งจำเป็นต้องแยกการไหลแบบพลาสติก เมื่อความดันภายนอกเกินขีดจำกัดที่กำหนด ตัวท่อบ่อน้ำมันจะเกิดร่องหรือการเสียรูปวงรี ซึ่งเรียกว่าการยุบตัวของท่อบ่อน้ำมัน

(3) ความต้านทานการกัดกร่อน: แหล่งน้ำมันและก๊าซบางแห่งมีสารกัดกร่อนจำนวนมาก เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ คาร์บอนไดออกไซด์ หรือไอออนคลอไรด์ ซึ่งทำให้เกิดข้อกำหนดด้านความต้านทานการกัดกร่อนสำหรับท่อส่งน้ำมันและท่อก๊าซ รวมถึงความต้านทานต่อการกัดกร่อนจากความเค้นซัลไฟด์ ความต้านทานต่อการกัดกร่อนจาก CO2 และ Cl- เป็นต้น ความต้านทานการกัดกร่อนของท่อส่งน้ำมันและท่อก๊าซส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับปัจจัยต่างๆ เช่น องค์ประกอบทางเคมีของเหล็กและค่าความเค้นตกค้างของท่อเหล็ก การลดปริมาณสิ่งเจือปนที่ไม่ใช่โลหะและธาตุที่เป็นอันตรายในเหล็ก การเพิ่มธาตุที่ต้านทานการกัดกร่อน เช่น Cr และ Ni การลดความเค้นตกค้างในท่อเหล็ก และการปรับปรุงอัตราส่วนความแข็งแรงคราของท่อเหล็ก ล้วนเอื้อต่อการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของท่อส่งน้ำมันและท่อก๊าซ

(4) ประสิทธิภาพการเจาะรู: ส่วนการผลิตน้ำมันของท่อชั้นน้ำมัน (การผลิตน้ำมันแบบหลายชั้นในบ่อน้ำมันหลายชั้น) จำเป็นต้องมีการเจาะรูเพื่อให้น้ำมันดิบไหลเข้าสู่ท่อจากชั้นทรายน้ำมันที่กำหนดไว้ ด้วยเหตุนี้ ท่อชั้นน้ำมันจึงจำเป็นต้องมีประสิทธิภาพการเจาะรูที่ดี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้การเจาะรูแบบไม่ใช้ปืน ประสิทธิภาพการเจาะรูของท่อจะต้องสูงขึ้น ประสิทธิภาพการเจาะรูของท่อได้มาจากการทดสอบการเจาะรู กล่าวคือ ท่อที่จะทดสอบจะถูกแขวนไว้ในบ่อจำลอง และกระสุนเจาะรูรูปทรงต่างๆ จำนวนหนึ่งที่มีระยะห่างและทิศทางที่แตกต่างกันจะถูกแขวนไว้ในท่อ จากนั้นจึงทำการเจาะรู หลังจากเจาะรูแล้ว หากไม่มีรอยแตกรอบๆ รูของท่อที่ทดสอบ ประสิทธิภาพการเจาะรูจะดี หากมีรอยแตกร้าวเล็กๆ น้อยๆ รอบรูเจาะ แต่จำนวนและความยาวของรอยแตกร้าวเหล่านั้นไม่เกินข้อกำหนดของเงื่อนไขทางเทคนิค การเจาะก็ถือว่าได้มาตรฐาน แต่หากจำนวนหรือความยาวของรอยแตกร้าวรอบรูเจาะเกินกว่าข้อกำหนด โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากรอยแตกร้าวระหว่างรูเจาะที่อยู่ติดกันสองรูเชื่อมต่อกัน การเจาะก็ถือว่าไม่ได้มาตรฐาน นอกจากนี้ ในแหล่งน้ำมันยังมีข้อกำหนดที่ชัดเจนเกี่ยวกับปริมาณการขยายตัวของท่อกรุหลังการเจาะ และความสูงของเสี้ยนด้านในและด้านนอกรอบรูเจาะด้วย