מבוא לאינטגרליות טובה ותפקיד של חומרים Casing

שלמות מלאה שופעת היא הבסיס של חומר בטוח, יעיל, ייצור שמן וגז אחראי לסביבה. a hit a rebore יכול להוביל חומרים מגירה נוזלית בלתי מבוקרת, אובדן של לחץ, שאריות עבודה יקרות, ואפילו מכות קטסטרופליות. מחרוזת השקלינג, כמו מחסום מבני היטב, חייב לסבול תנאים קיצוניים של קירור עצמי - לחץ גבוה, חום גבוה, גלי חום, גזים מסורתיים (CO2S), בדיקות פחמן מתקדמות יותר ויותר, 000.

חומרים קמצנים מסורתיים ומגבלותיהם

עבור רוב בארות על החוף ויבשות, השקיה מיוצרת מציוני פלדה פחמן כגון API 5CT L80, N80, ו- P110, או מפלדות דלות כמו C95 ו-T95. חומרים אלה מציעים איזון חיובי של כוח, קשיחות, ועלות.עם זאת, הם פגיעים למספר מנגנונים כשל:

  • (FLT:0Corrosion: FLT:1 פלדה פלדה מקולגס בנוכחות CO2 (קורוזיה מתוקה) ו H2S (הקורוזיה שלנו) פיטינג, ירידה במשקל קורוזיון, ו sulfide Stress סדקing (SSC) הם נפוצים, במיוחד בטמפרטורה גבוהה, בלחץ גבוה (HT) בארות.
  • (בסביבותיה של LT:0) Hydrogen Embrittlement: ⁇ F1) בסביבות אור, מימן אטומי מתפוגג אל תוך המבצר פלדה, צמצום הטוהר וההובלתו לפצח מוקדם.
  • (FLT:0) סטרס קורוזיה (SCC): ⁇ FLT:1 מתח משולב ורב-סביבה קורוזיבי יכול לגרום לפצח לאורך גבולות דגנים.
  • (FLT:0) Temperature Degradation: FLT:1 מעל 350 ° F (175 ° C), התכונות המכאניות של פלדות קונבנציונליות degradation, ועוצמה מניבה עלולה לרדת משמעותית.
  • (ב) ויקרא: ויקרא י"א): "החלקיקים האבראטיביים במקדשים או מייצרים מוצקים יכולים לשקוע חומות, במיוחד באמצעות מפרקי כלים וחיבורים.

מגבלות אלה מניעות את הצורך בחומרים חלופיים שיכולים לפעול באופן אמין בתנאים קיצוניים תוך שמירה על יעילות על עלויות על חיי העיצוב של טוב.

קטגוריות של חומרים קסלינג

חומרים Composite

חומרים Composite - ספציפית סיבים פולימרים (FRPs) - כבר בשימוש נרחב בחלל, רכב, ויישומים תשתית.אימוץ שלהם עבור חיפוי שדות נפט הוא מאיץ בשל השילוב הייחודי שלהם של כוח גבוה, משקל נמוך, והתנגדות קורוזון יוצאת דופן. חיזוקים נפוצים כוללים סיבי זכוכית (GF), פחמן סיבים (FRP), וסיבים (pRP), וסיבים פוליפרם, בדרך כלל כמו רימפלקס.

(ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

  • (FLT:0Corrosion חסינות: FLT:1 FRPs לא סובלים משחיתות אלקטרו-כימית, מה שהופך אותם אידיאליים לסביבות עם רה גבוה, CO2, או H2S.
  • (FLT:0) עוצמה מסוימת: יחס משקל חזק 1:1 הם 5-10 פעמים של פלדה, המאפשר טיפול ארוך טווח ועלויות תחבורה מופחתות.
  • (ב) התנגדות:0 (FLT:1 Composites) ביצועים טובים תחת טעינה מחזורית, צמצום הסיכון לכישלונות חיבור.
  • (FLT:0) בידוד תאולוגי ותרמי: ⁇ 1 (FRPs) מספקים בידוד תרמי משמעותי עבור הפעלת לחץ מנוהל ולהפחית את אובדן החום בארות הזרקת קיטור.

(FLT:0) שכפול:0 (Applications): משיכת משקעים של Composite כבר מופרסת בארות גז רדוד, בארות הזרקת מים, ויישומים גיאותרמאליים. Onמתמשכים מתמקדת בפיתוח מערכות רזוסין בטמפרטורה גבוהה המסוגלות לפעול רציף מעל 300 מעלות צלזיוס (150°C) לדוגמה, תרכובות תרמופלסטיות (למשל, פולית'ר ether e-C) , , , , , קרינת קטו (K-ther (K-זמנית) , מבוססת על פני , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,L.

קישור חיצוני:0 (ב) נייר על חיפוי מורכב בתנאי HPHTFillo 1

Alloys מתקדמים

כאשר הטמפרטורה והקורוזיות עולים על טווח פלדה פחמן, מפעילי פונים לסגסוגת עמידת קורוזיה (CRAs) סגסוגת מבוסס ניקל (למשל, Alloy 625, Alloy 718, Hastelloy C-276) ו ⁇ טיטניום (למשל, Ti-Al6-4V, Beta-C) הם המועמדים העיקריים אלה: חומרים:

  • (FLT:0) התנגדות קורוזיה אקספוטוריאלית: אנדרל 1 (FLT:1) התנגדות לבור, קריון קריקטורון, ו-SCC הן בסביבות CO2 והן H2S.
  • כוח הטמפרטורות הגבוה: FLT:1 ⁇ מבוסס ניקל רבים לשמור על כוח הניב מעל 100 ksi ב 500 °F (260 ° C).
  • (ב) ,0) נוקשות טובה: אפילו בטמפרטורות נמוכות, הם נשארים דוקטרי, מקטינים את הסיכון לשבר.

(FLT:0)Challenges:FLT:1 הסגירה העיקרית היא עלות - ⁇ ניקל הם 5–20 פעמים יקר יותר פלדה פחמן.ייצור (שטיפה, שחיקה, נטבע) דורש מכונות מיוחדות והליכים.בנוסף, ⁇ טיטניום רגישים לקליטת מימן ויכולים לסבול משחיתות גליונית כאשר הם מעודפים עם פלדה מתקדמת בדרך כלל עבור סגסוגת כגון המחסלים ביותר, כמו גם את המרווחים כמו גם את המרווחים.

(FLT:0) דוגמה אמיתית לעולם: 1 במפרץ מקסיקו שדות מים עמוקים (למשל, ג'ק / סנט מאלו), קלרקת ⁇ מבוססת ניקל שימשה בהצלחה כדי להתמודד עם נוזלים המיוצרים עם ריכוזי CO2 ו- H2S גבוהים, עם מיתרי חתך עכשיו מעל 30,000 רגל.

קישור חיצוני:0 (API דוח טכני על בחירת CRA עבור קונסולת צינורות 1

חומרי ההולכה

אולי ההתפתחות האחרונה המסקרנת ביותר היא הרעיון של חומרי הפחתת העצמי עבור קמצון.חומרים אלה יכולים לתקן באופן אוטונומי סדקים, נזק עייפות או בורות קורוזיה, להאריך את חיי השירות ולהקטין את הצורך בהתערבות.

  • (FLT:0Microcapsule מבוסס ריפוי: ההרחבה 1 מיקרומטר המכיל סוכן ריפוי (למשל, מנון נוזלי או מעכב קורוזיה) מוטבעים בפולימר פולימר או ממטר מלט.כאשר פצץ פצץ, הקפסולות מרוטשות, שחרור הסוכן לתוך האזור הפגוע.
  • (FLT:0Shape-memory פולימרים (SMPs): 1 SMPs ניתן לעיוות ולאחר מכן מופעל (על ידי חום או שינוי pH) כדי לחזור לצורה המקורית שלהם, לסגור סדקים גדולים או פערים. עבור מפרשי מתכת, ⁇ של עצמו-הההההההדבקת עצמי שיוצר שכבת תחמוצת מגן (למשל סגסוגת מבוססת אלומיניום) הוצעו.
  • (FLT:0) ריפוי פנימי במכות: ⁇ מסוימות מציג תופעה "השביטה" כאשר נחשפים לטמפרטורה גבוהה: סדקים קטנים סגורים על ידי דיפוזיה ותיקון מחדש. בעוד עדיין לא מעשי עבור חרות למטה, מחקר סגסוגת נצנצנצנצפים גבוהה עם תכונות עצמיות מתקדמות.

(FLT:0Current Status: FLT:1) חומרים של הערכה עצמית נשארים ברובם בשלב המחקר והפיתוח, עם כמה ניסויים בשטח.עם זאת, הפוטנציאל לצמצום עלויות התערבות טובות ושיפור שלמות ארוכת טווח הופך את זה אזור מאוד מעניין.אופרות להוטות במיוחד על מלט עצמי לבידוד ותיקון.

קישור חיצוני:0 (הופנה מהדף ההרחבה) של חומרים ליישומים אנרגיה

יתרונות של חומרים מתעוררים עבור אינטגרity

אימוץ חומרים מורכבים, ⁇ מתקדמות, או מערכות של השמדה עצמית מספק שיפורים ניכרים על פני ממדים מרובים של יושרה טובה:

  • (FLT:0) חיים בשירות: FLT:1) קורוזיה-resistant FRPs ו- CRAs יכול להימשך שלוש עד חמש פעמים יותר מאשר פלדה פחמן בסביבות אגרסיביות, צמצום תדירות של עבודות יקרות.
  • (ב) [ה]הסיכון לדליפות: [ה]: [החומרים] העצמיים [העצמים] מטביעים סדקים באופן פעיל לפני שהם הופכים לדלפות, שמירה על הישול והגנה על מי הקרקע.
  • (FLT:0) אמינות גבוהה יותר בארות HPHT: סגסוגת מתקדמת 1 (HISERLT:1 ⁇ ) מתחזקת וקשידות בטמפרטורות שבהן פלדה קונבנציונלית נכשלת, ומאפשרת פיתוח של מאגרים עמוקים יותר וחמים יותר.
  • משקל:0 (Lower Weight:FLT:1 FRP שוקל רק חלק קטן של פלדה, המאפשר אורך מיתר ארוך יותר, דרישות קשיחות קלות יותר וטיפול קל יותר - במיוחד בחו"ל.
  • (FLT:0) שיפור בידוד תרמי: ההרחבה 1 (למשל, SAGD), צמתים מורכבים מפחיתה את אובדן החום להיווצרות, שיפור יעילות הקיטור ושיקום הנפט.
  • (FLT:0) עייפות והתנגדות שבורה: ההרחבה 1 (Comosites ו-CRAs) עומדים טוב יותר בעומס מחזורי המושרה על ידי תנודות לחץ, שינויים בטמפרטורה, ולחצים טקטוניים.
  • (FLT:0) בטיחות סביבתית: FLT:1 , דליפות וכשלונות ממזערים את הסיכון לשחרור פחמימן, צמצום התחייבויות סביבתיות.

אתגרים באימוץ וחלוקת

למרות היתרונות האלה, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני שהחומרים המתעוררים הופכים למילינסטרים בעיצוב טוב.

  • (FLT:0) עלות ראשונית:0.10.1 (העלות החומרית של CRAs ורכיבים מורכבים יכולה להיות גבוהה פי 5–20 מאשר פלדה פחמן.כאשר כל מיתרי החיתוך נחשבים, הוצאות ההון עולה באופן משמעותי. המפעילים חייבים לבצע ניתוח עלות מחזור חיים (LCCA) כדי להצדיק את ההשקעה באמצעות התערבות מופחתת וחיים ארוכים יותר.
  • (FLT:0) מורכבויות: FIRLT:1 ; הקטנת צינורות מורכבים ללא פגם עם יחסי שרף עקביים ל-fiber הוא מאתגר. ⁇ מתקדם דורשות טיפול מיוחד, חום, ו machining כדי לשמור על תכונות. בקרת איכות הוא תובעני יותר מאשר עבור סטנדרטי פלדה casing.
  • (FLT:0)Handling and Install: FLT:1 , FRP קל יותר להשפיע על הנזק מאשר פלדה. מגן חוט מיוחד ותהליכי טיפול נדרשים באופן דומה, CRAs לעתים קרובות צריך חיבורים פרימיום קנייניים כדי להימנע מגרדת ולהבטיח חותם תחת עומסים גבוהים.
  • (FLT:0) היסטוריה של שדה מבוזר: 1FLT:1, חומרים מתעוררים רבים חסרים עשרות שנים של נתונים בשטח הקיימים עבור פלדה פחמן.אופרות הם בעלי יכולת סיכון לאמינות בטכנולוגיה בלתי מוכחת.
  • (FLT:0) תאימות עם כלים קיימים:FLT:1 כלי Downhole (centralizers, Packers, perforating רובים) עשויים לדרוש שינוי עבור מחצני CRA מורכבים או CRA. לדוגמה, מאתרי צווארון מגנטיים (CCL) אינם עובדים עם casing לא מגנטי, הדורשים שיטות קירור עומק חלופיות.
  • (FLT:0)Repair ונטישה:FLT:1 חיתוך, החלפת סעיף, והתאמה של צ'ינגס מורכבים או CRA עשויים לדרוש טכניקות מיוחדות.עבור מסובכים, חיבור קטעים חדשים אינו פשוט; עבור CRAs, נהלים נטבע הם יותר מחמירים.
  • (FLT:0)Cost of Skills Testing: FLT:1seeing ביצועים חומריים בתנאי השבר (HPHT, גז סוטור) הוא יקר.

בדיקות, תקנים וקוויבציה

כדי להקל על קבלה בתעשייה, ארגונים סטנדרטיים מפתחים פרוטוקולים הסמכה לחומרי השקיה מתעוררים.

  • (FLT:0)API 5CT ו- ISO 11960:031 תקנים אלה מכסים כיום פחמן וסגסוגת פלדה casing. Work היא דרך לכלול צינורות מורכבים ו- CRAs (ראה API 5CTנספח G עבור ציוני CRA).
  • (FLT:0)API 5C5 (הופנה מהדף הערכה של חיבורי Casing ו Tubing): 1 הליך זה כולל בדיקות עבור איטום תחת עומסים משולבים (לחץ, מתח, דחיסה, התכה, מחזורי תרמי.זה חל על כל סוגי החיבור, כולל אלה עבור מסובכים ו CRAs.
  • (FLT:0) ISO 13679 (Calibration and Testing of Connections): סדרה של רצפי מבחן קפדניים (כולל רכיבה תרמית וחותמת גז) כי מפעילי רבים דורשים חיבורים מורכבים.
  • (FLT:0) NACE MR0175/ISO 15156:03:031) חומרים סטנדרטיים אלה מכסה חומרים עבור שירות sour. עבור CRAs, הוא מגדיר גבולות מקובלים על קשיחות, הרכב ומיקרו-מבנה. חומרים Composite בדרך כלל אינם רגישים ל-SSC, אך תאימות עם סביבת השבר (למשל, הידרוזה של שרף) יש להעריך.
  • (FLT:0)API RP 7G-2 (הפרקטיקה המודעת להתבוננות בחיבורים Tubular): המחשה של שיטות בדיקה:1 (ultrasonic, radiographic, Visual) לחיבורים מורכבים ו- CRA הם פורמציה.

מפעילי לעתים קרובות להשלים את הסטנדרטים האלה עם תוכניות הסמכה מותאמות אישית הכוללים בדיקות ההזדקנות לטווח ארוך בנוזלים מדומים, בדיקות עייפות מחזורית וניתוח אלמנט סופי (FEA) עבור הפצת מתח.

קישור חיצוני:0 (ISO 13679:2019 תקן לבדיקה

כיוונים עתידיים מחקר ו- Outlook

העשור הבא מבטיח התקדמות משמעותית בחומרי גלם, המונעת על ידי בארות עמוקות יותר, טמפרטורות גבוהות יותר, תקנות סביבתיות מחמירות יותר, ולחצים עלות.

  • (FLT:0)Nanomaterial-enhanced מורכב:03FLT) 1 הוספת צינורות פחמן או גרפן ל- FRP ממטמים יכול לשפר את העוצמה, מוליכות תרמית, והתנגדות ל Permeability. nano-silica חלקיקים ננו-clay נחקרים גם עבור מערכות מלט וציפוי.
  • (FLT:0 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ציפויים חכמים: 1FLT) 1 ציפויים חכמים עם חיישנים משובצים (למשל, סיבים אופטיים Bragg gratings) יכולים לפקח על זנים, טמפרטורה, וcorrosion בזמן אמת. בשילוב עם תכונות של עצמו, ציפויים כאלה יכולים לספק ניהול יושרה פעיל.
  • (FLT:0) אינטגרציה תאומה: FLT:1igital Twin Materials יתמוך בחומרים דיגיטליים שמצפים להפחתה ולעקבות עצמית לאורך זמן, המאפשרים תחזוקה מבוססת תנאים ולא לוחות זמנים קבועים של בדיקה.
  • (FLT:0) אחריות: 1FLT:1 , bio מבוסס resins עבור מרוקנים ומחזור של CRAs הם צוברים תשומת לב.ערכת מחזור החיים (LCA) תהפוך לקריטריון מפתח בבחירת חומרים.

ככל שהמחקר ממשיך, העלות של חומרים מתקדמים צפויה לרדת, מה שהופך אותם נגישים למגוון רחב של פרויקטים של טייסים על ידי מפעילי גדולים (למשל, השקיה מורכבת בארות פצלי פצלים בצפון אמריקה, CRAsing בשדות גז offshore) יספק את הנתונים הדרושים כדי לאמת ביצועים. Regulators וגופים סטנדרטיים של סטיג'רקטולטורים לשלב את הממצאים האלה לקודים מעודכנים.

מסקנה

חומרים מתעוררים עבור חיפוי-קומות-קומוצרים, ⁇ מתקדמות ומערכות של פיגור עצמי - מעבר לשינוי צעד ביושרה וביצועים בהשוואה לפלדה פחמן מסורתית.הם מתמודדים עם אתגרים ארוכי טווח כגון קורוזיה, ההידרדרות HPHT, עייפות וסיכון סביבתי, עם זאת, עלות גבוהה יותר, ייצור, מורכבות שטח מוגבל נשאר מחסומים נרחבים לאימוץ, סטנדרטי, קידום מכירות יעיל יותר ויותר, וסיכון אסטרטגי, יהיה לפתח את תחומי עניין חשוב יותר ויותר, לפתח את המשאבים המקצועיים, לפתח את תחום חשוב יותר ויותר, ולשלב את המשאבים המקצועיים, ולשלב את המשאבים המקצועיים, ולשלב את תחום חשוב יותר ויותר, לפתח את תחום אסטרטגי, כדי לקדם את תחום יעיל יותר ויותר, כדי לקדם את המשאבים הדרושים יותר ויותר, לפתח את המשאבים הדרושים יותר ויותר, כדי להוביל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוחו של חומרים מתקדמים יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוחו של חומרים מתקדמים יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל יותר ויותר, פיתוח יעיל