چگونه می توان تی و صلیب روکش مناسب را برای سرویس ترش انتخاب کرد؟

انتخاب قرقره پوشش مناسب، سه راهی، صلیب، و سر Frac برای سرویس ترش

شکستگی هیدرولیکی در چاه های حاوی سولفید هیدروژن () یکی از سخت ترین وظایف در توسعه نفت و گاز است. در این محیط های «سرویس ترش»، انتخاب درست قرقره پوشش، سه راهی، صلیب، و سر Frac مونتاژ نیاز به حرکت فراتر از درجه بندی فشار اولیه دارد. بدون در نظر گرفتن خواص متالورژیکی خاص، تجهیزات استاندارد فولاد کربنی می توانند در مدت زمان بسیار کوتاهی دچار ترک خوردگی استرس سولفیدی (SSC) فاجعه بار شوند. برای اطمینان از ایمنی عملیاتی، به حداقل رساندن زمان غیرمولد (NPT) و رعایت الزامات نظارتی دقیق، تیم های مهندسی باید تجهیزات را بر اساس علم مواد، استانداردهای ساخت و فناوری های پیشرفته آب بندی ارزیابی کنند.

ارزیابی تهدیدات پنهان سرویس ترش در فرکینگ

سولفید هیدروژن نه تنها بسیار سمی است. اثر خورنده آن بر روی فلز منحصر به فرد فریبنده است. در یک محیط ترش، رطوبت واکنش نشان می دهد تا هیدروژن اتمی آزاد شود که به راحتی به ساختار شبکه فولادی با استحکام بالا نفوذ می کند و باعث شکننده شدن مواد می شود.

• مکانیسم فیزیکی SSC: برخلاف خوردگی یکنواخت، که فلز را در طول زمان نازک می کند، SSC اغلب به طور ناگهانی و بدون هیچ گونه هشدار بصری قبلی رخ می دهد. برای یک سر فراک عملکرد زیر 10000 یا 15000 PSI، چنین شکستگی منجر به یک انفجار فاجعه‌بار می‌شود. بنابراین، انتخاب تجهیزات برای سرویس ترش بر کاهش درجه ای از سختی مواد برای به دست آوردن چقرمگی و مقاومت بالاتر در برابر شکنندگی هیدروژن تمرکز دارد.
• اثر هم افزایی فرسایش و خوردگی: در حین شکستگی، هواگیرهای پرسرعت (ماسه) دائماً دیواره های داخلی را می شستند سه راهی و صلیب . در یک چاه ترش، این ساییدگی لایه‌های محافظ روی سطح فلز را از بین می‌برد و حمله شیمیایی روی بستر فلزی تازه را تسریع می‌کند. این چرخه "فرسایش - خوردگی" استفاده از محافظ سوراخ داخلی پیشرفته مانند روکش Inconel را برای متعادل کردن مقاومت در برابر ترک و مقاومت در برابر سایش ضروری می کند.

استانداردهای انتخاب هسته: ادغام عمیق NACE MR0175 و API 6A

هنگام انتخاب یک روکش اسپول سه راهی و صلیب سر Frac ، اطمینان از ارائه گواهینامه های مواد مطابق با مشخصات بین المللی برتر الزامی است. اگر این دو استاندارد را نتوان تأیید کرد، تجهیزات خطر عملیاتی غیرقابل قبولی را به همراه دارند.

1. الزامات سختی NACE MR0175 / ISO 15156

این "استاندارد طلایی" شناخته شده جهانی برای انتخاب مواد در محیط های ترش است. این شاخص‌های متالورژیکی خاصی را که اجزای فلزی باید هنگام تماس با سیالات یاتاقان رعایت کنند، تعریف می‌کند.

• محدودیت های سختی: برای اکثر فولادهای کم آلیاژ مورد استفاده در تولید صلیب های فراک (مانند AISI 4130)، NACE حداکثر سختی را تعیین می کند 22 HRC (راکول سی). موادی که بیش از حد سخت هستند ممکن است استحکام کششی بالایی داشته باشند اما به شدت مستعد ترک خوردگی در حضور .
• محدودیت های ترکیب شیمیایی: این استاندارد همچنین محتوای نیکل را به شدت محدود می کند (معمولاً کمتر از 1٪)، زیرا غلظت بالای نیکل می تواند حساسیت به ترک خوردگی ناشی از هیدروژن را در آلیاژهای خاص به طور قابل توجهی افزایش دهد.

2. تطبیق دقیق کلاس‌های مواد با مشخصات API 6A

API 6A تجهیزات را بر اساس خورندگی سیال به کلاس های مواد مختلف دسته بندی می کند. برای عملیات شکست ترش، خریداران باید روی موارد زیر تمرکز کنند:

• کلاس های DD و EE: اینها کلاس های سطح ابتدایی برای سرویس ترش هستند، که به تمام قطعات فلزی نیاز دارند که به شدت از عملیات حرارتی و سختی NACE پیروی کنند.
• کلاس های FF و HH: برای عملیات بسیار خورنده یا طولانی مدت، کلاس HH تجهیزات به عنوان بهترین روش صنعت در نظر گرفته می شود. ویژگی این واحدها اینکونل 625 یا سایر روکش های آلیاژی با کارایی بالا روی تمام سطوح خیس شده. در حالی که هزینه خرید اولیه بالاتر است، طول عمر برتر آنها در سیالات فرک پیچیده و غلظت های بالا به طور قابل توجهی هزینه کل چرخه عمر را با جلوگیری از جایگزینی زودرس تجهیزات کاهش می دهد.

راهنمای انتخاب: خدمات ترش در مقابل پارامترهای تجهیزات سرویس استاندارد

برای نشان دادن بصری تفاوت های فنی، جدول زیر را به عنوان مرجع انتخاب مهندسی جمع آوری کرده ایم:

ویژگی های طراحی پیشرفته مجموعه های یکپارچه سر فراک

در کارهای شکست بسیار فشار بالا، انباشتن اجزای استاندارد ممکن است نیازهای ایمنی را برآورده نکند. مدرن سر فراک طرح ها به سمت یکپارچه سازی و پوشش های با کارایی بالا تکامل یافته اند.

فناوری روکش CRA (آلیاژ مقاوم در برابر خوردگی).

در چاه های ترش بسیار تهاجمی، تولیدکنندگان از فرآیند "پوشش جوش" یا "روکش فلزی" استفاده می کنند. لایه ای از آلیاژ مبتنی بر نیکل به ضخامت تقریبی 3 میلی متر در جیب های مهر و موم جوش داده شده است. قرقره پوشش و مسیر جریان مرکزی از سر فراک .

• مزیت اصلی: این به تجهیزات استحکام ساختاری فولاد کم آلیاژ همراه با مقاومت تقریباً در برابر خوردگی نیکل خالص را می دهد. برای آب بندی نواحی، این کار به طور موثری از ریزنشت های ناشی از خوردگی حفره ای جلوگیری می کند - در صورت وجود در محل، موضوع مرگ و زندگی است.

صلیب های فراک یکپارچه و بهینه سازی اتصال

برای سرویس ترش، بالاترین اصل طراحی مهندسی به حداقل رساندن تعداد مسیرهای نشت احتمالی است.

• کاهش اتصالات فلنجی: از یک تکه استفاده کنید یکپارچه فراک کراس به جای چند فرد سه راهی . هر اتصال فلنجی یک نقطه نشتی بالقوه است. در یک محیط ترش، اگر واشر فلنج از کار بیفتد، گاز خروجی تهدیدی فوری برای جان پرسنل در کف دکل ایجاد می کند.
• اتصالات میخ دار: در مقایسه با اتصالات فلنج دار با پیچ بلند سنتی، سازه های میخی فشرده تر و کمتر در معرض آسیب مکانیکی خارجی هستند و ضریب ایمنی بالاتری را در طول عملیات سرچاهی ترش ارائه می دهند.

سوالات متداول (سؤالات متداول)

Q1: اگر غلظت H2S در چاه بسیار کم باشد، آیا می توانم از یک Frac Head استاندارد استفاده کنم؟

طبق NACE MR0175، اگر فشار جزئی در فاز گاز از 0.05 psi بیشتر شود، چاه به عنوان "ترش" تعریف می شود. حتی در غلظت‌های پایین، فشار بالا به اتم‌های هیدروژن اجازه می‌دهد تا در فولاد نفوذ کنند و SSC را تحریک کنند. برای کاهش خطرات قانونی و ایمنی، توصیه می شود در صورت شناسایی از تجهیزات مطابق با NACE استفاده کنید.

Q2: چرا سرهای Frac دارای رتبه NACE در هنگام شکستگی سریعتر فرسوده می شوند؟

این یک مشاهده رایج است. از آنجایی که فولاد منطبق با NACE تا سختی کمتری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد (22 HRC)، مقاومت در برابر فرسایش آن کمی کمتر از فولادهای استاندارد سخت تر است. برای حل این مشکل، پیشنهاد می شود از طرح های ضخیم در پیچ های جریان با توربولانس بالا استفاده کنید یا از پوشش های مقاوم در برابر سایش و روکش Inconel در سوراخ داخلی استفاده کنید.

Q3: "G" در PSL 3G مخفف چیست؟

"G" مخفف تست گاز . برای یک روکش اسپول سه راهی و صلیب سر Frac در یک محیط ترش، آزمایش هیدرواستاتیک (آب) اغلب کافی نیست. از آنجایی که یک گاز است، آزمایش گاز با دقت بیشتری یکپارچگی آب بندی در سطح مولکولی مورد نیاز در میدان را شبیه سازی می کند.

مراجع و استنادها

1. NACE MR0175/ISO 15156: صنایع نفت و گاز طبیعی - موادی برای استفاده در محیط‌های حاوی H2S.
2. مشخصات API 6A: نسخه بیست و یکم، مشخصات تجهیزات سر چاه و درخت.
3. مجله فناوری نفت: مدیریت فرسایش و خوردگی هم افزایی در شکستگی مدرن (2025).