عيوب الجودة والوقاية من أنابيب آبار النفط

تنشأ عيوب جودة أنابيب آبار النفط بشكل رئيسي من ثلاثة جوانب:
أولاً: عيوب الجودة في جسم أنبوب بئر النفط نفسه، مثل الخصائص الميكانيكية، والمسافة الداخلية، والوزن، وما إلى ذلك، لجسم الأنبوب الذي لا يفي بالمتطلبات؛
ثانياً: عيوب الجودة في أنابيب آبار النفط أثناء المعالجة، مثل تجاوز معايير الخيوط (التناقص، والخطوة، وارتفاع السن، وشكل كين، والمركزية، والمسافة القريبة من الخيوط عند طرفي الوصلات) للمعايير، ووجود انبعاج أسود، وانبعاج مكسور، وانحراف الخيوط، وتجاوز عزم دوران البرغي للمعايير، والتسرب، وتلف الخيوط (الخدوش، والنتوءات)، وعدم استيفاء جودة لحام أنابيب الحفر للمتطلبات، وما إلى ذلك؛
ثالثًا: أداء أنابيب آبار النفط، بما في ذلك أداء مقاومة الضغط، وأداء مقاومة التآكل، وأداء التثقيب، وأداء مقاومة الالتصاق، لا يفي بالمتطلبات.

1. عيوب الجودة ومنع معالجة خيوط أنابيب آبار النفط
أثناء عملية تشكيل خيوط أنابيب آبار النفط، قد تحتوي الخيوط على عيوب في الجودة مثل انبعاج الجلد الأسود، وانحراف الخيط، وانبعاج مكسور، وتلف خدش الخيط (النتوء)، ومعايير الخيط التي تتجاوز المعيار.

(1) التواء الخيط الأسود: يظهر التواء الخيط الأسود على شكل مظهر غير أملس نتيجةً لقلة المعالجة الموضعية للخيط، ويرتبط ذلك بدقة القطر الخارجي وسماكة الجدار، بالإضافة إلى استدارة واستقامة طرف الأنبوب الفولاذي. غالبًا ما ينتج التواء جسم الأنبوب الأسود عن صغر قطره الخارجي، أو عدم استقامة طرفه، أو زيادة استدارته. أما التواء الوصلة الأسود، فينتج عادةً عن تجاوز القطر الخارجي للأنبوب الفولاذي للحدود المسموح بها، أو تجاوز سماكة جداره للحدود المسموح بها، أو زيادة استدارته.

(2) انحراف السن اللولبي: هو عدم انتظام سماكة جدار الأنبوب الفولاذي بعد عملية السن اللولبي، حيث يكون أحد الجانبين رقيقًا والآخر سميكًا. ويتشابه سبب انحراف السن اللولبي مع سبب ظهور التواء السن اللولبي الأسود، والذي ينتج عن عدم انتظام سماكة الجدار، أو الانحناء، أو زيادة استدارة طرف الأنبوب. في بعض الأحيان، عند حدوث انحراف السن اللولبي أو عدم دقة عملية التصنيع، قد تتجاوز سماكة جدار الجزء السفلي من السن اللولبي الحد المسموح به، مما يؤثر سلبًا على قوة وصلة أنبوب بئر النفط.

(3) انقطاع السن اللولبي: عند قيام قاطع السن اللولبي بقطع السن بسرعة عالية وبقوة، فإن انقطاع السن أو فقدانه سيؤدي إلى تلفه. وبشكل عام، ينتج انقطاع السن اللولبي بشكل رئيسي عن وجود شوائب غير معدنية كبيرة في الفولاذ، ويرتبط أيضًا بجودة قاطع السن اللولبي واستقرار عملية تشكيل السن اللولبي.

(4) تلف السن اللولبي: يشمل تلف السن اللولبي لأنابيب آبار النفط الكدمات والخدوش. ويحدث هذا التلف أثناء إنتاج ونقل وتخزين المنتجات النهائية. ولمنع تعرض السن اللولبي المكشوف لأنابيب آبار النفط للكدمات والسحق والصدأ، بالإضافة إلى ضمان عدم اصطدام السن اللولبي بأجسام صلبة (مثل بكرات النقل، وقضبان الشبكة المائلة، وما إلى ذلك) أثناء الإنتاج، يجب تركيب حلقة حماية خارجية ذات سن لولبي داخلي على سن جسم أنبوب بئر النفط، وحلقة حماية داخلية ذات سن لولبي خارجي على سن الوصلة.

ينص معيار API Spec 5CT على ما يلي:
① يجب على مصنع معالجة الخيوط تثبيت حلقات حماية الخيوط الداخلية والخارجية. يجب أن يكون تصميم حلقة حماية الخيوط ومادتها وقوتها الميكانيكية مناسبة لحماية الخيوط ونهايات الأنابيب لتجنب التلف أثناء التحميل والتفريغ والنقل العاديين؛
٢- أثناء نقل وتخزين النفط وأنابيب التغليف بشكل طبيعي، يجب أن يكون تصميم ومادة حلقة حماية الخيوط مصممين لعزل الخيوط عن الأوساخ والماء. فترة التخزين العادية حوالي سنة واحدة؛
③ يجب ألا يحتوي اختيار مادة حلقة حماية الخيط على مكونات قد تسبب تآكل الخيط أو تسبب التصاق حلقة حماية الخيط بالخيط، ويمكن أن تكون مناسبة لدرجة حرارة تشغيل تتراوح من -46 درجة مئوية إلى +66 درجة مئوية:
④ لا يجوز استخدام حلقات حماية الخيوط الفولاذية العارية على أجسام الأنابيب الفولاذية من الدرجة L80 9Cr و 13Cr.

(5) تتجاوز معلمات الخيط المعيار
تُعدّ معالجة الخيوط أهم عملية في إنتاج أنابيب آبار النفط، كما أنها عملية أساسية تُحدد جودة الخيوط. حاليًا، تُعالج معظم أنابيب آبار النفط باستخدام آلات CNC متخصصة. عند معالجة الخيوط، يتم توسيط قطعة العمل تلقائيًا وتثبيتها بشكل حر. تستخدم أداة المعالجة أداة من الكربيد، وتدور المغزل بسلاسة. هناك طريقتان لمعالجة الخيوط: الأولى هي دوران قطعة العمل مع حركة تغذية مستوية للأداة؛ والثانية هي ثبات قطعة العمل مع دوران الأداة وحركتها. لكل نوع من هذه الآلات خصائصه. فالأولى تتميز بمرونة الاستخدام، إذ لا تقتصر على إنتاجية عالية في معالجة الخيوط المخروطية العامة فحسب، بل يمكنها أيضًا معالجة الخيوط ذات التوصيل المباشر والخيوط ذات التوصيل الخاص مع إحكام جيد للهواء (المشابك الخاصة). أما الثانية، فتتميز بإنتاجية أعلى في معالجة الخيوط المخروطية العامة مقارنةً بالأولى، ولكن المشابك الخاصة تتطلب معالجة مسبقة. تؤثر مختلف خصائص السن اللولبي (القطر المتوسط، ارتفاع السن، التناقص، الخطوة، زاوية السن، المسافة بين الأسنان، إلخ) على قوة الربط وأداء منع التسرب. تمثل المسافة بين الأسنان القيمة الإجمالية لتغيرات كل خاصية من خصائص السن اللولبي. حتى لو كانت خصائص السن اللولبي الفردية مطابقة للمواصفات، فقد لا تكون المسافة بين الأسنان مطابقة للمواصفات. لا ترتبط دقة خصائص السن اللولبي بجودة الأنبوب الخام فحسب، بل ترتبط أيضًا بطريقة تصنيع السن اللولبي، ونوع آلة التصنيع، واستقرار عملية التصنيع، بالإضافة إلى دقة أبعاد مشط السن اللولبي ومقاومته للتآكل. عند ثبات العوامل الأخرى، تحدد دقة أبعاد مشط السن اللولبي دقة حجم السن اللولبي. عمومًا، يُشترط ألا تتجاوز نسبة التفاوت المسموح به في أبعاد مشط السن اللولبي ثلث إلى ربع نسبة التفاوت المسموح به في المنتج، أو حتى أقل من ذلك.

(6) تجاوز قيم عزم الدوران وJ للمعيار: يُشير عزم دوران الزيت والغلاف إلى عزم الربط الناتج عند ربط الوصلة بجسم الأنبوب. يهدف التحكم في عزم الدوران إلى ضمان قوة الربط بين الوصلة وجسم الأنبوب، وضغط التلامس على جانب السن اللولبي، والتعاون مع شحم منع التسرب المناسب لتحقيق منع تسرب الزيت والغلاف. بالنسبة للوصلات الملولبة وفقًا لمعيار API، تُمثل قيمة J المسافة من طرف الأنبوب إلى مركز الوصلة بعد ربط الوصلة بجسم الأنبوب، وهي أحد المعايير المهمة التي تُحدد جودة الوصلة الملولبة.

(7) التسريب: لتجنب تسريب الزيت والغلاف نتيجة عدم كفاية ضغط التلامس بين جسم أنبوب الزيت والغلاف وخيط الوصلة، يُخضع أنبوب الزيت والغلاف مع الوصلة لاختبار ضغط هيدروستاتيكي وفقًا للمعايير. يرتبط تسريب الخيط الذي يربط جسم الأنبوب بالوصلة بنوعية الخيط وجودته، وطريقة ربط الزيت والغلاف، وجودة شحم منع التسريب. من حيث نوع الخيط، يكون أداء منع التسريب في الخيوط الدائرية أفضل من الخيوط شبه المنحرفة، وتكون الخيوط الخاصة أفضل. يُسهم شكل الخيط عالي الدقة وعزم الربط المناسب للزيت والغلاف في تحسين أداء منع التسريب. يؤدي شحم منع التسريب دورًا في التشحيم، وملء فجوات الخيط (منع التسريب)، ومقاومة التآكل أثناء ربط الوصلات واستخدام الزيت والغلاف.

2. أداء أنابيب آبار النفط
تشمل خصائص أداء أنابيب آبار النفط مقاومة الالتصاق، ومقاومة الانهيار، ومقاومة التآكل، ومقاومة الثقب.

(1) أداء منع الالتصاق: وفقًا للمتطلبات القياسية، يجب تركيب وفك وصلات الأنابيب الزيتية والأنابيب الملولبة. يُشترط تركيب وفك كل وصلة ست مرات. يتم التركيب حتى أقصى عزم دوران موصى به من قبل الشركة المصنعة، ثم يتم فك الوصلة، وفحص التصاق الخيوط الداخلية والخارجية للأنابيب الزيتية والأنابيب الملولبة. يرتبط التصاق خيوط الأنابيب الزيتية والأنابيب الملولبة بعوامل مثل جودة الخيوط، وصلابة سطحها، وسرعة التركيب، ومعامل الاحتكاك السطحي، وإجهاد التلامس (عزم ربط الوصلة). لتحسين أداء منع الالتصاق لخيوط الأنابيب الزيتية والأنابيب الملولبة، يجب تحسين تشطيب الخيوط وصلابتها وتجانسها، وتقليل سرعة الربط، والتحكم في عزم الربط. في الوقت نفسه، ينبغي طلاء السطح الداخلي للسن اللولبي للوصلة بطبقة رقيقة من معدن أو مادة غير معدنية لفصل جسم أنبوب الزيت والغلاف عن الوصلة، وذلك لمنع التصاق السطح المعدني للسن اللولبي وتجنب تمزقه. قبل ربط الوصلة، يجب تغطية سطح السن اللولبي بشحم خاص لمنع التصاقه بعد الربط ولتحسين أداء منع التسرب. توجد طرق عديدة لطلاء سطح السن اللولبي للوصلة، مثل الجلفنة والفوسفاتة؛ وفي بعض المواد الخاصة وأنواع معينة من أسنان التوصيل، غالباً ما يكون الطلاء بالنحاس ضرورياً. عوامل الالتصاق المتعلقة بالمصنع: معلمات الخيط (الخطوة، ارتفاع السن، التناقص، عزم الربط، نصف زاوية شكل السن، إلخ)، ومطابقة الخيوط الداخلية والخارجية (معالجة السطح، تشطيب السطح، الفسفتة، الجلفنة، طلاء النحاس، إلخ)، وشحم الخيط (الوظيفة: التشحيم، التعبئة، الختم، إلخ، يتكون من مسحوق معدني وشحم)، والتحكم في الخيط (عزم الخيط، سرعة الخيط، إلخ)، وعوامل المواد، إلخ. تشمل العوامل المتعلقة باستخدام وتشغيل حقول النفط ما يلي: الرفع بدون واقيات الخيط، والخيط المائل (يتأرجح الأنبوب في الهواء ولا يكون متمركزًا مع خيط البئر)، وعدم وجود خيط أو وجود عدد قليل من الخيوط، وشحم الخيط (لا يفي بالمتطلبات القياسية، الرمل والحطام الآخر)، وسرعة الخيط وعزم الخيط، وقوة تثبيت الكماشة الكبيرة.

(2) مقاومة الانهيار (السحق): مع ازدياد عمق الحفر، يزداد الضغط على النفط وأنابيب التغليف في آبار النفط والغاز، لا سيما في الآبار العميقة، والآبار فائقة العمق، أو آبار النفط والغاز في التكوينات المعقدة مثل الملح الصخري، ومعجون الملح، والصخر الزيتي، والتكوينات الصخرية اللينة التي تتطلب عزل التدفق اللدن. عندما يتجاوز الضغط الخارجي حدًا معينًا، يُحدث جسم أنبوب بئر النفط أخدودًا أو تشوهًا بيضاويًا، وهو ما يُعرف بانهيار أنبوب بئر النفط.

(3) مقاومة التآكل: تحتوي بعض حقول النفط والغاز على كميات كبيرة من المواد المسببة للتآكل، مثل كبريتيد الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون وأيونات الكلوريد، مما يفرض متطلبات خاصة لمقاومة التآكل في النفط وأنابيب التغليف، بما في ذلك مقاومة التآكل الناتج عن إجهاد الكبريتيد، ومقاومة التآكل الناتج عن ثاني أكسيد الكربون وأيونات الكلوريد، وغيرها. وتعتمد مقاومة التآكل في النفط وأنابيب التغليف بشكل أساسي على عوامل مثل التركيب الكيميائي للفولاذ وقيمة الإجهاد المتبقي في أنابيب الصلب. ويُسهم تقليل محتوى الشوائب غير المعدنية والعناصر الضارة في الفولاذ، وزيادة العناصر المقاومة للتآكل مثل الكروم والنيكل، وتقليل الإجهاد المتبقي في أنابيب الصلب، وتحسين نسبة مقاومة الخضوع في أنابيب الصلب، في تحسين مقاومة التآكل في النفط وأنابيب التغليف.

(4) أداء التثقيب: يتطلب جزء إنتاج النفط من غلاف طبقة النفط (إنتاج النفط الطبقي في آبار النفط متعددة الطبقات) تثقيبًا للسماح بتدفق النفط الخام إلى الغلاف من طبقة رمل النفط الحاملة للنفط. لهذا السبب، يُشترط أن يتمتع غلاف طبقة النفط بأداء تثقيب جيد، وخاصة عند استخدام عمليات التثقيب بدون استخدام مدفع، حيث يُشترط أن يكون أداء التثقيب للغلاف أعلى. يتم الحصول على أداء التثقيب للغلاف من خلال اختبارات التثقيب. أي، يتم تعليق الغلاف المراد اختباره في بئر محاكاة، ويتم تعليق عدد معين من رؤوس التثقيب ذات الأشكال المختلفة على مسافة معينة وفي اتجاهات مختلفة داخل الغلاف. ثم يتم إجراء عملية التثقيب. بعد التثقيب، إذا لم تكن هناك شقوق حول ثقوب غلاف الاختبار، فإن أداء التثقيب جيد؛ إذا كانت هناك بعض الشقوق الصغيرة حول الثقوب، ولكن عددها وطولها لا يتجاوزان متطلبات الشروط الفنية، فإن أداء التثقيب يكون مقبولًا. وإذا تجاوز عدد الشقوق أو طولها حول الثقوب المتطلبات، وخاصةً إذا كانت الشقوق بين ثقبين متجاورين متصلة، فإن أداء التثقيب يكون غير مطابق للمواصفات. كما يفرض حقل النفط متطلبات واضحة بشأن مقدار تمدد الغلاف بعد التثقيب وارتفاع النتوءات الداخلية والخارجية حول الثقوب.