Làm thế nào để chọn đầu nối ống ống và đầu chéo Frac phù hợp cho dịch vụ chua?

Chọn ống vỏ, ống nối, cây thánh giá và đầu Frac phù hợp cho dịch vụ chua

Bẻ gãy thủy lực trong các giếng chứa Hydrogen Sulfide () là một trong những nhiệm vụ đòi hỏi khắt khe nhất trong phát triển dầu khí. Trong những môi trường “dịch vụ chua chát” này, việc chọn đúng Vỏ ống, ống chữ T, cây thánh giá và đầu Frac việc lắp ráp đòi hỏi phải vượt ra ngoài mức áp suất cơ bản. Nếu không xem xét các đặc tính luyện kim cụ thể, thiết bị thép carbon tiêu chuẩn có thể bị nứt do ứng suất sunfua (SSC) thảm khốc trong một thời gian rất ngắn. Để đảm bảo an toàn vận hành, giảm thiểu Thời gian Không Năng suất (NPT) và đáp ứng các yêu cầu quy định nghiêm ngặt, đội kỹ thuật phải đánh giá thiết bị dựa trên khoa học vật liệu, tiêu chuẩn sản xuất và công nghệ niêm phong tiên tiến.

Đánh giá các mối đe dọa tiềm ẩn của dịch vụ chua chát trong Fracking

Hydrogen Sulfide không chỉ có độc tính cao; tác dụng ăn mòn của nó đối với kim loại là rất khó hiểu. Trong môi trường chua, hơi ẩm phản ứng giải phóng hydro nguyên tử, dễ dàng xuyên qua cấu trúc mạng tinh thể của thép cường độ cao, khiến vật liệu trở nên giòn.

• Cơ chế vật lý của SSC: Không giống như sự ăn mòn đồng đều làm mỏng kim loại theo thời gian, SSC thường xảy ra đột ngột mà không có bất kỳ cảnh báo trực quan nào trước đó. Đối với một Đầu Frac hoạt động dưới 10.000 hoặc 15.000 PSI, vết nứt như vậy sẽ dẫn đến một vụ nổ thảm khốc. Do đó, việc lựa chọn thiết bị cho dịch vụ chua tập trung vào việc hy sinh một mức độ cứng của vật liệu để đạt được độ bền cao hơn và khả năng chống lại sự giòn do hydro.
• Tác dụng hiệp đồng của xói mòn và ăn mòn: Trong quá trình nứt gãy, chất đẩy tốc độ cao (cát) liên tục quét qua các bức tường bên trong của Áo thun và cây thánh giá . Trong giếng chua, sự mài mòn này sẽ loại bỏ các màng bảo vệ trên bề mặt kim loại, đẩy nhanh quá trình tấn công hóa học trên nền kim loại tươi. Chu trình “ăn mòn-xói mòn” này đòi hỏi phải sử dụng biện pháp bảo vệ lỗ khoan bên trong tiên tiến, chẳng hạn như tấm ốp Inconel, để cân bằng khả năng chống nứt với khả năng chống mài mòn.

Tiêu chuẩn lựa chọn cốt lõi: Tích hợp sâu NACE MR0175 và API 6A

Khi chọn một Vỏ bọc Spool Áo phông và Crosses Đầu Frac , bắt buộc phải đảm bảo nhà cung cấp cung cấp các chứng nhận vật liệu tuân thủ các thông số kỹ thuật quốc tế hàng đầu. Nếu không thể xác minh hai tiêu chuẩn này thì thiết bị sẽ gặp rủi ro vận hành không thể chấp nhận được.

1. Yêu cầu về độ cứng NACE MR0175 / ISO 15156

Đây là “tiêu chuẩn vàng” được công nhận trên toàn cầu để lựa chọn vật liệu trong môi trường chua. Nó xác định các chỉ số luyện kim cụ thể mà các thành phần kim loại phải đáp ứng khi tiếp xúc với chất lỏng mang.

• Giới hạn độ cứng: Đối với hầu hết các loại thép hợp kim thấp được sử dụng trong sản xuất Thánh giá Frac (chẳng hạn như AISI 4130), NACE yêu cầu độ cứng tối đa là 22 HRC (Rockwell C). Vật liệu quá cứng có thể có độ bền kéo cao nhưng rất dễ bị nứt giòn khi có mặt.
• Hạn chế về thành phần hóa học: Tiêu chuẩn này cũng giới hạn nghiêm ngặt hàm lượng niken (thường dưới 1%), vì nồng độ niken cao có thể làm tăng đáng kể độ nhạy đối với vết nứt do hydro gây ra trong một số hợp kim.

2. Kết hợp chính xác các lớp vật liệu API Spec 6A

API 6A phân loại thiết bị thành các loại vật liệu khác nhau dựa trên độ ăn mòn của chất lỏng. Đối với hoạt động bẻ gãy chua, người mua nên tập trung vào những điều sau:

• Lớp DD và EE: Đây là các cấp độ đầu vào dành cho dịch vụ chua, yêu cầu tất cả các bộ phận kim loại phải tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu về độ cứng và xử lý nhiệt NACE.
• Lớp FF và HH: Đối với các hoạt động có tính ăn mòn cao hoặc lâu dài, Lớp HH thiết bị được coi là phương pháp thực hành tốt nhất trong ngành. Các đơn vị này có tính năng Inconel 625 hoặc các lớp phủ hợp kim hiệu suất cao khác trên tất cả các bề mặt ướt. Mặc dù chi phí mua sắm ban đầu cao hơn nhưng tuổi thọ vượt trội của chúng đối với chất lỏng phân đoạn phức tạp và nồng độ cao giúp giảm đáng kể tổng chi phí vòng đời bằng cách ngăn chặn việc thay thế thiết bị sớm.

Hướng dẫn lựa chọn: Thông số thiết bị dịch vụ chua so với dịch vụ tiêu chuẩn

Để thể hiện trực quan sự khác biệt về mặt kỹ thuật, chúng tôi đã biên soạn bảng sau làm tài liệu tham khảo cho việc lựa chọn kỹ thuật:

Các tính năng thiết kế nâng cao của cụm đầu Frac tích hợp

Trong các nhiệm vụ bẻ gãy áp suất cực cao, việc xếp chồng các bộ phận tiêu chuẩn có thể không đáp ứng được yêu cầu về an toàn. hiện đại Đầu Frac các thiết kế đã phát triển theo hướng tích hợp và lớp phủ hiệu suất cao.

Công nghệ ốp CRA (Hợp kim chống ăn mòn)

Trong các giếng chua cực kỳ khắc nghiệt, các nhà sản xuất sử dụng quy trình “Lớp phủ hàn” hoặc “Tấm ốp”. Một lớp hợp kim gốc niken, dày khoảng 3 mm, được hàn vào các túi bịt kín của Ống vỏ và đường dẫn dòng chảy trung tâm của Đầu Frac .

• Lợi thế cốt lõi: Điều này mang lại cho thiết bị độ bền kết cấu của thép hợp kim thấp kết hợp với khả năng chống ăn mòn gần như hoàn toàn của niken nguyên chất. Đối với các khu vực bịt kín, điều này ngăn ngừa hiệu quả các rò rỉ vi mô do ăn mòn rỗ—vấn đề sống còn khi hiện diện tại chỗ.

Tích hợp Frac Crosses và tối ưu hóa kết nối

Đối với dịch vụ chua, nguyên tắc cao nhất của thiết kế kỹ thuật là giảm thiểu số lượng đường rò rỉ tiềm ẩn.

• Giảm kết nối mặt bích: Sử dụng một mảnh duy nhất Frac Cross tích hợp thay vì nhiều cá nhân Tees . Mỗi kết nối mặt bích đều là một điểm rò rỉ tiềm ẩn. Trong môi trường chua, nếu miếng đệm mặt bích bị hỏng, khí thoát ra sẽ đe dọa ngay đến tính mạng của nhân viên trên sàn giàn.
• Kết nối được đính kèm: So với các kết nối mặt bích bu-lông dài truyền thống, cấu trúc đinh tán nhỏ gọn hơn và ít bị hư hỏng cơ học bên ngoài hơn, mang lại hệ số an toàn cao hơn trong quá trình vận hành đầu giếng chua.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Câu hỏi 1: Nếu nồng độ H2S trong giếng rất thấp, tôi có thể sử dụng Frac Head tiêu chuẩn không?

Theo NACE MR0175, nếu áp suất riêng phần trong pha khí vượt quá 0,05 psi thì giếng được xác định là “chua”. Ngay cả ở nồng độ thấp, áp suất cao cũng cho phép các nguyên tử hydro xuyên qua thép, gây ra SSC. Để giảm thiểu rủi ro về pháp lý và an toàn, nên sử dụng thiết bị tuân thủ NACE bất cứ khi nào được phát hiện.

Câu hỏi 2: Tại sao Đầu Frac được NACE xếp hạng dường như bị mòn nhanh hơn trong quá trình gãy xương?

Đây là một quan sát phổ biến. Do thép tuân thủ NACE được xử lý nhiệt đến độ cứng thấp hơn (22 HRC), khả năng chống xói mòn của nó thấp hơn một chút so với thép tiêu chuẩn cứng hơn. Để giải quyết vấn đề này, nên sử dụng các thiết kế dày hơn ở các vòng quay dòng chảy rối cao hoặc sử dụng lớp phủ chống mài mòn và lớp bọc Inconel ở lỗ khoan bên trong.

Câu hỏi 3: Chữ “G” trong PSL 3G có nghĩa là gì?

“G” là viết tắt của Kiểm tra khí . Đối với một Vỏ bọc Spool Áo phông và Crosses Đầu Frac trong môi trường chua, thử nghiệm thủy tĩnh (nước) thường không đủ. Vì là một loại khí nên việc thử nghiệm khí mô phỏng chính xác hơn tính toàn vẹn bịt kín ở cấp độ phân tử cần thiết tại hiện trường.

Tài liệu tham khảo và trích dẫn

1. NACE MR0175/ISO 15156: Công nghiệp dầu mỏ và khí đốt tự nhiên – Vật liệu sử dụng trong môi trường chứa H2S.
2. Đặc tả API 6A: Phiên bản thứ 21, Đặc điểm kỹ thuật cho thiết bị đầu giếng và cây.
3. Tạp chí Công nghệ Dầu khí: Quản lý xói mòn và ăn mòn tổng hợp trong Fracking hiện đại (2025).