Ống màn hình điều khiển cát cho các giếng dầu khí
Ống màn hình kiểm soát cát là một thiết bị lọc thiết yếu được triển khai trong các giếng dầu khí, cũng như giếng nước, để tách chất lỏng khỏi cát và các hạt khác. Mục đích chính của nó là phòng chống cát, một yếu tố quan trọng trong việc duy trì tính toàn vẹn và năng suất tốt. Với các điều kiện địa chất đa dạng và các đặc tính lớp cát gặp phải trong quá trình khai thác dầu, Các ống màn hình có sẵn trong nhiều loại khác nhau, đục lỗ, dây quấn, kiểu cầu, và composite, được thiết kế phù hợp với các lớp thép cụ thể và các yêu cầu hoạt động.
Tổng quan về sản phẩm
Được sản xuất để tuân thủ tiêu chuẩn ** API Spec 5ct **, Ống màn hình điều khiển cát được thiết kế bằng cách sử dụng cơ sở của vỏ dầu, Đảm bảo sức mạnh và độ bền cao. Thiết kế kết hợp các kỹ thuật trượt hoặc khoan chính xác để tạo ra các lỗ cho phép dòng chất lỏng trong khi chặn các hạt cát. Sản phẩm này được sử dụng rộng rãi theo chiều dọc, bị lệch, và giếng ngang, Cung cấp hiệu suất vượt trội trong môi trường dưới bề mặt đầy thách thức.
Các thông số kỹ thuật
Ống màn hình điều khiển cát có sẵn trong các cấu hình khác nhau để phù hợp với các điều kiện tốt khác nhau. Dưới đây là bảng chi tiết tóm tắt các tham số kỹ thuật chính của nó:
| Tham số | Sự miêu tả |
|---|---|
| Đường kính ngoài (OD) | 114,3 mm đến φ219,08 mm (4.5 inch đến 8.625 inch) |
| Độ dày tường (WT) | 5.21 mm đến 22.2 mm (0.205 inch đến 0.875 inch) |
| Chiều dài | Tối đa 12 mét (có thể tùy chỉnh) |
| Chiều rộng khe (Màn hình có rãnh) | 0.10 mm đến 4 mm (Dung sai ± 0,03 mm) |
| Sắp xếp khe | Song song, loạng choạng, hoặc xoắn ốc |
| Số lượng khe | Có thể tùy chỉnh (tùy ý) |
| lỗ Đường kính (Màn hình đục lỗ) | 12 mm đến 12.7 mm (Dung sai ± 0,1 mm) |
| Sắp xếp lỗ | Song song hoặc so le |
| Vật liệu | Thép carbon (VÍ DỤ., J55, N80), Thép không gỉ (VÍ DỤ., 304, 316L) |
| xử lý bề mặt | Lớp phủ chống ăn mòn, Mạ kẽm (không bắt buộc) |
| mở Diện tích | Tối đa 30% (phụ thuộc vào kích thước khe/lỗ và hoa văn) |
| Áp lực hoạt động | Tối đa 70 MPA (Chất liệu và độ dày phụ thuộc) |
| Phạm vi nhiệt độ | -20° C đến 350 ° C. (vật liệu phụ thuộc) |
Vật liệu: Thép carbon vs. Thép không gỉ
Thép carbon
Thép carbon, chẳng hạn như API Lớp J55 và N80, là một lựa chọn vật liệu phổ biến cho các đường ống màn hình điều khiển cát do sức mạnh và hiệu quả chi phí của nó. Nó chủ yếu bao gồm sắt và carbon, với một lượng nhỏ mangan và các yếu tố khác để tăng cường tính chất cơ học của nó:
- Độ bền kéo: J55 (~ 517 MPa), N80 (~ 689 MPa), Thích hợp cho môi trường áp suất cao.
- Trị giá: Tiết kiệm, Lý tưởng cho việc triển khai quy mô lớn.
- xử lý bề mặt: Thường được phủ hoặc mạ kẽm để giảm thiểu ăn mòn.
- Giới hạn: Dễ bị rỉ sét trong môi trường ăn mòn mà không có lớp bảo vệ.
Màn hình thép carbon được sử dụng rộng rãi trong các giếng dầu và khí với rủi ro ăn mòn vừa phải. Phương pháp điều trị chống ăn mòn, chẳng hạn như lớp phủ epoxy hoặc mạ điện, tạo thành một hàng rào bảo vệ, kéo dài tuổi thọ dịch vụ trong điều kiện dưới bề mặt.
Thép không gỉ
Thép không gỉ, chẳng hạn như điểm số 304 và 316L, cung cấp khả năng chống ăn mòn và hao mòn tăng cường, làm cho nó trở nên lý tưởng cho môi trường khắc nghiệt. Thành phần của nó bao gồm crom (18-20%) và niken (8-12%), với 316L có molybdenum để tăng độ bền:
- Chống ăn mòn: Crom tạo thành một lớp oxit thụ động, ngăn ngừa rỉ sét.
- Độ bền: Khả năng chống rỗ và mài mòn cao, Đặc biệt là trong 316L.
- Trị giá: Chi phí trả trước cao hơn, cân bằng bởi tuổi thọ và giảm bảo trì.
- Khả năng chịu nhiệt độ: Thích hợp cho các giếng nhiệt độ cao (lên đến 350 ° C.).
Màn hình bằng thép không gỉ xuất sắc trong giếng với độ mặn cao, hơi chua (H₂s), hoặc nội dung co₂. Lớp 316L, với một pren (Số lượng kháng tương đương) của 25-30, đặc biệt hiệu quả trong các thành tạo giàu clorua, Đảm bảo độ tin cậy lâu dài.
Ưu điểm của đường ống màn hình điều khiển cát
Ống màn hình điều khiển cát mang lại nhiều lợi ích, làm cho nó trở thành một giải pháp ưa thích trong các hoạt động dầu khí:
- Sức mạnh cao và khả năng chống biến dạng: Được sản xuất từ vỏ dầu, nó chịu được áp lực dưới bề mặt cực đoan mà không bị biến dạng.
- Kỹ thuật chính xác: Trơn tru, Các cạnh không có Burr và các khe/lỗ đồng đều đảm bảo hiệu suất nhất quán.
- Diện tích dòng chảy lớn: Khu vực mở vượt quá mức của vỏ tiêu chuẩn, Thúc đẩy dòng chất lỏng hiệu quả.
- Tính linh hoạt: Thích hợp cho các giếng lệch và ngang, với hiệu suất nâng cao trong các quỹ đạo phức tạp.
- Ăn mòn và chống mài mòn: Lớp phủ chống ăn mòn tạo ra một lớp bảo vệ dày đặc, kéo dài tuổi thọ.
- Hiệu quả kiểm soát cát: Hiệu quả cho các hạt cát >0.3 mm, Giảm hao mòn thiết bị và tắc nghẽn.
- Dễ cài đặt: Đường kính bên trong lớn và thiết kế đơn giản tạo điều kiện cho cấu hình chuỗi ống.
Phân tích khoa học
Thiết kế và hiệu suất ống điều khiển cát có thể được đánh giá thông qua động lực học chất lỏng, Khoa học vật chất, và cơ học cấu trúc. Phân tích này cung cấp một sự hiểu biết sâu sắc hơn về hiệu quả hoạt động của nó.
Động lực học chất lỏng và hiệu quả dòng chảy
Thiết kế khe hoặc lỗ của màn hình tối ưu hóa dòng chất lỏng trong khi giữ cát. Tốc độ dòng chảy qua màn hình có thể được mô hình hóa bằng định luật Darcy, cho phương tiện xốp:
Q = -Ka (ΔP / μl)
Ở đâu:
-
- Q = Tốc độ dòng chảy
- k = Tính thấm của màn hình
- Một = Khu vực cắt ngang
- ΔP = Chênh lệch áp suất
- m = Độ nhớt chất lỏng
- L = Độ dày của màn hình
Khu vực mở rộng (tối đa 30%) tăng k, giảm sức đề kháng và cho phép cao hơn Q. So với vỏ tiêu chuẩn, Khả năng dòng chảy của màn hình là 2-3 thời gian lớn hơn, giảm thiểu giảm áp lực. Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) Các nghiên cứu cho thấy các mô hình khe lảo đảo làm giảm nhiễu loạn bằng cách 15-20%, Tăng cường sự ổn định của dòng chảy trong điều kiện vận tốc cao.
Cho màn hình đục lỗ, Kích thước lỗ lớn hơn (12-12.7 mm) Chuẩn độ tốc độ dòng chảy cao hơn nhưng kém hiệu quả hơn để kiểm soát cát mịn, Tạo màn hình có rãnh (0.10-4 mm) thích hợp hơn trong các thành tạo tốt hơn.
Khoa học vật chất: Thép carbon vs. Thép không gỉ
Các lớp thép carbon như N80 cung cấp cường độ năng suất ~ 552 MPa, đủ cho hầu hết độ sâu. Tuy nhiên, trong môi trường Wet Co₂ hoặc H₂s, Tỷ lệ ăn mòn có thể đạt được 0.2 mm/năm không có lớp phủ. Lớp phủ epoxy hoặc phenolic làm giảm điều này thành <0.05 mm/năm, Thêm 5-10 năm để phục vụ cuộc sống trong điều kiện pH trung tính.
Thép không gỉ 316L, với sức mạnh năng suất ~ 290 MPa nhưng khả năng chống ăn mòn vượt trội, Duy trì tính toàn vẹn trong các giếng chua. Lớp oxit thụ động của nó (1-3 NM dày) Cải cách nhanh chóng, Giảm ăn mòn thành <0.01 mm/năm ngay cả trong 3% Dung dịch NaCl ở 100 ° C. Điều này làm cho nó lý tưởng cho các hồ chứa nước ngoài hoặc nhiệt độ cao.
Cơ học cấu trúc: Sức mạnh và sự ổn định
Việc xây dựng dựa trên vỏ màn hình giúp tăng cường khả năng chống sụp đổ của nó. Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) chỉ ra áp lực sụp đổ của 30-70 MPA cho thép carbon N80 (Tùy thuộc vào độ dày của tường), Trong khi thép không gỉ 316L chịu được 25-50 MPA. Phân phối khe/lỗ đồng đều giảm thiểu nồng độ ứng suất, với một yếu tố an toàn của 1.5-2 dưới tải trọng điển hình.
Trong giếng lệch, Màn hình chống lại các ứng suất uốn cong lên đến 300 kn/m, được hỗ trợ bởi độ dọc cao và các cạnh mịn, ngăn chặn bắt đầu crack trong quá trình cài đặt hoặc hoạt động.
Phân tích và giữ cát
Màn hình giữ lại các hạt cát >0.3 mm với >90% hiệu quả, Như đã được thử nghiệm trong các thành tạo với D50 (Kích thước hạt trung bình) của 0.5-1 mm. Mịn màng, các khe không có Burr làm giảm sự mài mòn bằng cách 25% so với màn hình cắt thô, kéo dài tuổi thọ. Trong môi trường cát cao, Thép không gỉ vượt trội so với thép carbon do độ cứng của nó (200-250 HV vs. 150-180 HV), giảm tỷ lệ hao mòn bằng cách 30-40%.
Phân tích vòng đời và chi phí lợi ích
Trong một giếng dầu điển hình (PH 5-7, 50-150° C), Màn hình thép carbon cuối cùng 5-10 năm với lớp phủ, trong khi thép không gỉ vượt quá 15-20 năm. Chi phí ban đầu cao hơn của thép không gỉ (2-3 lần thép carbon) được bù bởi giảm tần số thay thế, năng suất a 20-30% Chi phí vòng đời thấp hơn trong điều kiện ăn mòn.
Phần kết luận
Ống màn hình điều khiển cát rất mạnh, dung dịch đa năng cho giếng dầu khí, đáp ứng các tiêu chuẩn API Spec 5CT với các khe hoặc lỗ hổng được thiết kế chính xác. Có sẵn bằng thép carbon và thép không gỉ, Nó cung cấp một sự cân bằng sức mạnh, chống ăn mòn, và hiệu quả chi phí. Ưu điểm của nó - khả năng dòng chảy cao, giữ cát, và dễ sử dụng - có căn cứ về các nguyên tắc khoa học, làm cho nó không thể thiếu cho các hoạt động khoan hiện đại.
