Труба с лазерными прорезями | Бесшовный & Экран колодца ВПВ

Анализ сетчатой ​​трубы с лазерными прорезями — продукта, включающего бесшовные (СМЛС) и электросварка сопротивлением (АКРЕ) конфигурации, предназначен для использования в бурильных трубах, Корпус, и приложения Well Screen — требует целенаправленного, обширное глубокое погружение в материаловедение, производственная физика, и нефтяное машиностроение. Это не просто трубка; это тщательно разработанный структурный и фильтрационный компонент, производительность которого определяет долговечность и прибыльность подземного месторождения., требуя уровня технической строгости, выходящего за рамки простой стандартизации.

Возникновение этого продукта лежит в фундаментальной задаче управления резервуарами.: контроль песка. Многие продуктивные формации, особенно рыхлые песчаники, не хватает прочности цементации, чтобы выдерживать понижения давления, присущие экстракции жидкости., приводит к миграции мелких твердых частиц, которые быстро разрушают скважинные инструменты, заглушки выкидных линий, и требует дорогостоящих ремонтных работ. Лазер Щелевой экран Pipe решает эту проблему путем преобразования структурной трубчатой ​​конструкции., определяется $text{API 5CT}$ или $text{API 5DP}$ Характеристики, в пассивный механический фильтр. Отправной точкой этого преобразования является выбор базовой трубы., выбор, который сразу разделяется на две расходящиеся методологии производства: структурно однородный бесшовный (СМЛС) труба и точная по размерам электрическая сварка сопротивлением (АКРЕ) трубка. СМЛС труба, выкован из твердой заготовки с помощью таких процессов, как на стане Маннесманн, по своей сути обладает превосходной изотропностью и целостностью сквозь стенку, что делает его неоспоримым выбором для применений, требующих высочайшего сопротивления разрушению. (критично для глубоких скважин) и максимальную стойкость к коррозии или растрескиванию под напряжением, особенно, когда высокопрочные марки, такие как $\text{P110}$ или специализированные кислые сорта, такие как $\text{T95}$ являются обязательными, где возможен выход из строя сварного шва, даже тот, который полностью нормализован, представляет неприемлемый профиль риска. Эта присущая материалу целостность делает SMLS выбором премиум-класса по умолчанию., его микроструктура была тщательно усовершенствована путем обширной горячей обработки., что часто приводит к превосходной прочности и более предсказуемой реакции на последующее локализованное тепловое воздействие лазерной резки..

Наоборот, использование труба ВПВ в качестве фундамента обусловлена ​​его исключительной однородностью размеров, особенно его почти идеальная однородность толщины стенок и более низкие производственные затраты., позволяет производить более экономичный продукт, когда это позволяют давление применения и профиль коррозионного риска.. Качество современного $\text{ERW}$ труба, предназначенная для эксплуатации скважин, определяется целостностью продольного сварного шва, которые должны пройти строгий неразрушающий контроль ($\text{NDT}$), включая ультразвуковой контроль ($\text{UT}$) всей линии сварного шва, и часто нормализирующая или отпускная термическая обработка всего тела для гомогенизации микроструктуры сварного шва и окружающей его зоны термического влияния. ($\text{HAZ}$), обеспечение соответствия механической и коррозионной стойкости основного металла., тем самым делая его пригодным для малопрочных $\text{API}$ такие оценки как $\text{J55}$ или $\text{K55}$ обсадные колонны. Техническое решение между $\text{SMLS}$ и $\text{ERW}$ поэтому должно быть исчерпывающим, риск-ориентированный анализ, сопоставление внутренней структурной уверенности бесшовного процесса с экономическими и габаритными преимуществами сварной альтернативы., решение усиливается тем фактом, что последующий процесс лазерной прорези приведет к возникновению геометрического концентратора напряжений, который увеличивает любую ранее существовавшую неоднородность материала или микроструктурную слабость..

Основной технологией, определяющей этот продукт, является процесс лазерной долбежки., метод, использующий целенаправленное, лучи света высокой энергии - обычно $\text{CO}_2$ или волоконные лазеры — под точным компьютерным числовым контролем. ($\text{CNC}$) абляция и расплавление стали по заданному геометрическому пути. Этот процесс обеспечивает огромное техническое превосходство над более старыми методами механического прорезания пазов. (например, фрезерование или штамповка) прежде всего в двух критических областях: точность и геометрия паза. Требуемая ширина слота (Измерять), что является механизмом прямого контроля частиц, определяется $\text{D}_{50}$ или $\text{D}_{10}$ Гранулометрический состав пластового песка, требующий уровня точности, часто измеряемого десятками микрон ($\pm 0.05 \text{ mm}$ или лучше). Способность лазера поддерживать допуск на микронном уровне в тысячах пазов по всей длине трубы имеет решающее значение., поскольку слот меньшего размера ограничивает поток, в то время как слишком большой паз полностью не справляется с функцией контроля песка.

За пределами простой точности размеров, лазер позволяет создавать необходимую геометрию пазов Keystone, где ширина прорези на внешней поверхности намеренно сделана уже, чем ширина на внутренней поверхности, создание тонкой конусности по толщине стены. Эта важная функция предназначена для предотвращения попадания частиц песка, которые успешно проходят через узкий вход, в щель (состояние, известное как закупорка или закупорка), что может привести к быстрому уменьшению коэффициента открытой площади экрана и катастрофическому падению давления на фильтре.. Физика лазерной резки обеспечивает точное сужение., чего чрезвычайно сложно достичь обычными механическими инструментами., установление технического превосходства трубы с лазерными прорезями как инженерного механизма фильтрации. Однако, этот процесс создает локальную тепловую проблему: образование мелководья $\text{HAZ}$ по краям прорези. В высокопрочных сталях, особенно те, у которых более высокий **углеродный эквивалент ($\text{CE}$) **, этот быстрый термический цикл может локально вызвать образование хрупких, неотпущенный мартенсит или другие твердые фазы, действует как фактор концентрации геометрических и микроструктурных напряжений. ($\text{SCF}$) это может поставить под угрозу устойчивость трубы к разрушению при растяжении или разрушении.. Поэтому, параметры лазера — мощность, частота пульса, и скорость подачи — должны быть строго определены для каждой конкретной $\text{API}$ сорт, обеспечивающий микротвердость в $\text{HAZ}$ не превышает безопасных порогов, проверка качества, которая часто требует специального картирования микротвердости по всей части паза.

Выбор базового материала неразрывно связан с условиями эксплуатации., что диктует необходимость использования материалов, соответствующих NACE MR0175/ISO. 15156 для агрессивных скважин, содержащих сероводород ($\text{H}_2\text{S}$). Эта необходимость требует использования материалов с контролируемым пределом текучести, таких как L80. (Тип 1 или 9Cr) или Т95, где химический состав, в частности минимизация содержания серы ($\text{S}$) и фосфор ($\text{P}$) содержание — и строгий контроль конечной твердости (обычно ограничено $23 \text{ HRC}$ для $\text{L80}$) являются непреложными требованиями по предотвращению сульфидного растрескивания под напряжением. (SSC). Задача процесса лазерной прорезки состоит в том, чтобы доказать, что локализованный нагрев и последующее самозакаливание не приводят к локальному увеличению твердости. $\text{HAZ}$ над $\text{NACE}$ предел, тем самым создавая локализованные области, склонные к хрупкому разрушению под напряжением.. Комплексный поставщик должен предоставить сертификат о том, что процесс распределения был проверен строгими $\text{SSC}$ тесты (например, испытания на четырехточечный изгиб в $\text{H}_2\text{S}$ решение) на реальных образцах с прорезями, подтверждение того, что целостность кислого эксплуатационного состояния сохраняется после изготовления, критический технический шаг, который отличает высококачественный продукт от продукта, который может привести к катастрофическому отказу в скважине.

Конструктивная функция трубы, особенно при использовании в качестве обсадной трубы или бурильной трубы, предъявляет огромные требования к растяжению и устойчивости к разрушению, которые непосредственно определяются выбранным $\text{API}$ Предел текучести сорта ($S_y$) и прочность на растяжение ($S_u$). Труба должна обладать достаточной прочностью на растяжение, чтобы выдерживать собственный вес., строка завершения, и сопротивление трения при беге. Одновременно, он должен противостоять огромному внешнему гидростатическому и пластовому давлению., которые требуют высокой устойчивости к разрушению ($\text{P}_c$). Внедрение лазерных слотов, путем удаления материала, по своей сути уменьшает как растягиваемую площадь поперечного сечения, так и жесткость трубы., требование применения научно обоснованного коэффициента снижения номинальных характеристик трубы. $\text{P}_c$. Дизайн слота, в частности, ширина и ориентация остальных перемычек материала, которые сопротивляются окружным напряжениям., становится важнейшим мероприятием по структурному проектированию. Мосты должны быть достаточными для поддержания необходимой грузоподъемности., часто требуется стратегическое расположение пазов, в котором приоритет отдается сохранению прочности по окружности, чтобы гарантировать, что труба соответствует расчетному пределу сопротивления смятию в конфигурации с прорезями.. Весь структурный анализ основан на конечном результате., уменьшенный момент инерции и площадь поперечного сечения, выбор толщины стенки базовой трубы, и строгое соблюдение поставщиком жестких отрицательных $\text{Tolerance of Thickness Schedules}$, имеет первостепенное значение для предсказуемой производительности.

Требования к термообработке напрямую связаны с достижением заданных $\text{API}$ свойства класса. Такие сорта, как N80, Л80, и P110 требуют закалки и отпуска. ($\text{Q\&T}$) добиться единообразия, высокопрочная отпущенная мартенситная или бейнитная микроструктура. Этот $\text{Q\&T}$ процесс выполняется на всем теле трубы перед операцией прорезания пазов. The $\text{Q\&T}$ Именно этот процесс обеспечивает высокий предел текучести и гарантирует необходимую пластичность. (согласно требованиям к удлинению), придание материалу способности локально поддаваться без хрупкого разрушения на этапах установки и эксплуатации с высокими нагрузками. Если окажется, что операция лазерной прорезки приводит к неприемлемой твердости в $\text{HAZ}$ из $\text{NACE}$ оценка (нравиться $\text{L80}$), локальный отпуск после прорези или термообработка для снятия напряжений может потребоваться только на участке с прорезями., дорогостоящая и сложная процедура, которая подчеркивает тесную взаимозависимость между металлургией материала и технологией изготовления сит.. Подробный $\text{Chemical Composition}$ требования к базовой трубе, особенно точные ограничения на содержание углерода ($\text{C}$), марганец ($\text{Mn}$), и микролегирующие элементы (ванадий, ниобий, титан)— это то, что позволяет эффективно реагировать на $\text{Q\&T}$ уход, обеспечение достижения высокой прочности без ущерба для собственной прочности трубы.

Руководящие стандарты для этого продукта многогранны.. Первичная структура – ​​это $\text{API 5CT}$ для обсадных/трубопроводных труб или $\text{API 5DP}$ для бурильной трубы, диктующее качество изготовления, $\text{NDT}$ методы (например, $\text{EMI}$ и $\text{UT}$), и допуски на размеры тела трубы и основных резьбовых соединений. (который должен быть завершен на достаточном расстоянии от области с прорезями). Однако, функциональные характеристики перекрестно ссылаются на такие стандарты, как ISO 17824 (Проектирование и квалификация песочных сит), который содержит рекомендации по тестированию эффективности фильтрации и расчету $\text{P}_c$ факторы снижения мощности. Таким образом, окончательная спецификация продукта представляет собой гибридный документ., включая $\text{API}$ сертификат на материал вместе с собственной спецификацией производителя по прорезям, подробно описывающей допуск на ширину прорези. ($\pm 0.025 \text{ mm}$ для продуктов премиум-класса), количество слотов на фут, Трапецеидальный угол, и в результате $\text{Open Area Ratio}$. Это соотношение открытой площади, хотя кажется простым, является прямой математической связью с гидравлической емкостью трубы., требующие высокоточных измерений и часто проверки с помощью вычислительной гидродинамики. (CFD) моделирование для прогнозирования падения давления в условиях турбулентного течения в скважине. Сложность заключается в обеспечении размерных допусков $\text{API}$ трубы достаточно герметичны, часто указывают трубы с допуском по толщине стенки, гораздо более строгим, чем $\text{API}$ минимум ($\text{e.g., } -6.25\% \text{ vs. } -12.5\%$), гарантировать, что окончательный результат $\text{bridge}$ толщина предсказуема, решающий, нестандартное требование, полностью обусловленное $\text{Application}$ производительность.

Характеристики ситовой трубы с лазерными прорезями в конечном итоге сходятся в ее цельной конструкции., что напрямую приводит к превосходной рабочей прочности и устойчивости к скручиванию по сравнению с композитными или проволочными ситами., которые подвержены повреждениям во время агрессивных процедур установки в течение длительного времени., сильно отклоненный, или горизонтальные стволы скважин. Присущая ему надежность сводит к минимуму риск повреждения или выхода из строя экрана из-за высокого сопротивления трения и крутящего момента, возникающих во время раскрытия.. Ядро $\text{Application}$ этого продукта остается контролем за выносом песка в скважине, но его универсальность позволяет использовать его в различных стилях завершения.: как простой автономный экран, или в качестве внутренней трубы при заполнении гравийным фильтром, где его основной функцией является предотвращение миграции гравия при сохранении высоких скоростей потока.. Вся техническая конструкция опирается на приверженность поставщика проверяемому контролю качества., гарантируя, что строгая металлургия $\text{API}$ базовая труба остается бескомпромиссной благодаря мощному, высокоточная тепломеханика операции лазерной долбежки, гарантируя надежный, высокопроизводительный, долгосрочный актив.

Структурированные данные технических характеристик: Лазерный щелевой экран для труб SMLS/ERW