الأنابيب الملحومة وغير الملحومة: دليل شامل لصناعة النفط والغاز

تعتبر الأنابيب الفولاذية العمود الفقري لصناعة النفط والغاز، ويتم استخدامها في كل مرحلة، من الاستخراج إلى المعالجة إلى النقل.

يعد اختيار النوع الصحيح من الأنابيب أمرًا بالغ الأهمية لضمان عمليات آمنة وفعالة وموثوقة.

الهناك فئتان رئيسيتان من الأنابيب الفولاذية غير ملحومة وملحومةولكل منها خصائص وتطبيقات فريدة.

سنقدم في هذه المقالة مقارنة شاملة للأنابيب الملحومة وغير الملحومة في سياق صناعة النفط والغاز.

سنغطي عمليات التصنيع، والخصائص والمزايا الأساسية لكل نوع، والتطبيقات الأكثر شيوعًا.

سنناقش أيضًا خيارات المواد المختلفة، بما في ذلك الفولاذ الكربوني، وسبائك الفولاذ، والفولاذ المقاوم للصدأ، وسبائك النيكل، وسنقدم دليلًا حول اختيار الدرجة الصحيحة للبيئات المختلفة.

أخيرًا، سوف نتعمق في الجوانب العملية لتحديد الأنابيب وطلبها، بما في ذلك المعايير والأبعاد والتشطيبات النهائية ذات الصلة.

بحلول نهاية هذه المقالة، ستفهم تمامًا الاختلافات بين الأنابيب غير الملحومة والملحومة وستكون جاهزًا لاتخاذ قرارات مستنيرة بشأن مشاريع النفط والغاز الخاصة بك.

وأوضح أنواع الأنابيب

تستخدم صناعة النفط والغاز ثلاثة أنواع رئيسية من الأنابيب الفولاذية: غير الملحومة، وERW (ملحومة بالمقاومة الكهربائية)، وLSAW (ملحومة بالقوس الطولي المغمور).
 

أنابيب سلسةمصنوعة من قضبان فولاذية صلبة يتم تسخينها ودفعها أو سحبها على شكل لإنشاء أنبوب مجوف بدون أي طبقات ملحومة.

ويتم استخدامها بشكل شائع في تطبيقات الضغط العالي-في العمليات الأولية مثل الحفر والاستكشاف، ونقل السوائل في منتصف الطريق، والتكرير النهائي، وخدمات المرافق.

أنابيب المتفجرات من مخلفات الحربيتم تصنيعها باستخدام التشكيل على البارد-، حيث يتم تشكيل ملفات الصلب في أشكال أسطوانية، ويتم لحام الوصلات معًا باستخدام تيار كهربائي.

يمتد خط اللحام على طول الأنبوب. تعد أنابيب المتفجرات من مخلفات الحرب -فعّالة من حيث التكلفة لتطبيقات الضغط المنخفض-إلى-المتوسط-، مثل نقل المياه والنفط والغاز.

أنابيب LSAWيتم تصنيعها عن طريق ثني ولحام الصفائح الفولاذية بطولها، بحيث يكون التماس مستقيمًا (التماس الطولي) أو بشكل حلزوني.

يتم استخدامها للأنابيب ذات القطر الكبير-(16-60 بوصة) في التطبيقات المهمة، مثل خطوط أنابيب النفط والغاز لمسافات طويلة التي تمر عبر المدن أو تحت الماء.

يلخص الجدول أدناه الاختلافات الرئيسية بين أنواع الأنابيب هذه وتطبيقاتها النموذجية في صناعة النفط والغاز:
 

عملية التصنيع للأنابيب غير الملحومة والمتفجرات من مخلفات الحرب والأنابيب LSAW

إنتاج الأنابيب غير الملحومة

يتم تصنيع الأنابيب غير الملحومة من خلال عملية العمل الساخنة دون لحام. الخطوات الرئيسية هي:
 

يتم تسخين كتلة فولاذية مستديرة صلبة في فرن الموقد الدوار إلى حوالي 1204 درجة مئوية/2200 درجة فهرنهايت.

يتم بعد ذلك ثقب الكتلة المعدنية الساخنة ذات اللون الأحمر من خلال المركز باستخدام نقطة ثقب لإنشاء أنبوب مجوف.

يمر الأنبوب المجوف عبر مطحنة التوصيل، حيث يتم إدخال الشياق. يتم بعد ذلك لف الأنبوب لتقليل سماكة الجدار وزيادة الطول.

ثم يتم تمرير الأنبوب من خلال منصات التحجيم لتحقيق الأبعاد النهائية.

بعد التبريد، يتم تقويم الأنبوب، وتقطيعه حسب الطول، واختباره، وشحنه.

يمكن سحب الأنابيب غير الملحومة على البارد لإنتاج أنابيب ذات أقطار أصغر وجدران أرق.

إنتاج أنابيب المتفجرات من مخلفات الحرب

يتم تصنيع أنابيب المتفجرات من مخلفات الحرب عن طريق تشكيل لفائف الصلب على البارد -ولحام اللحام:
 

يتم اختيار الملف الفولاذي ذو العرض والقياس المناسب ويتم تحميله على آلة تفكيك اللفائف.

يمر الشريط من خلال بكرات، ويشكله تدريجيًا إلى شكل دائري.

يتم تسخين الحواف الطولية عن طريق تمرير تيار{0}عالي التردد بينها.

تقوم اللفات بالضغط على الحواف معًا لإنشاء لحام اندماجي دون إضافة معدن حشو.

يمر الأنبوب الملحوم من خلال حامل التحجيم للوصول إلى القطر النهائي.

يتم قطع الأنبوب حسب الطول، وتشكيل الأطراف (عادي، مشطوف، ملولب، إلخ)، ويتم اختبار الأنبوب قبل الشحن.

عملية ERW بأكملها مستمرة، حيث يتحرك الأنبوب بسرعة ثابتة من خلال منصات التشكيل واللحام.

إنتاج الأنابيب LSAW

تصنع أنابيب LSAW من صفائح فولاذية مشكلة وملحومة:
 

يتم اختيار الألواح الفولاذية، ويتم طحن الحواف لتحضيرها للحام.

يتم ثني اللوحة-مسبقًا على مكبس ضغط لبدء تشكيلها على شكل دائري.

تعمل عملية الضغط AU- على تشكيل اللوحة على شكل -U، وتقوم عملية الضغط على O- بإغلاق شكل U في أنبوب.

يتم في البداية لحام التماس الطولي من الداخل لتثبيت الحواف معًا.

يتم بعد ذلك تمرير الأنبوب من خلال محطات اللحام الأوتوماتيكية التي تضع ممرات متعددة من اللحامات القوسية المغمورة داخل وخارج خط التماس.

يقوم الموسع الميكانيكي بتوسيع الأنبوب الملحوم قليلاً للحصول على شكل دائري مناسب.

يتم قطع الأنبوب حسب الطول، وشطفه، واختباره هيدروستاتيًا، وفحصه قبل الشحن.

تُستخدم أنابيب LSAW عمومًا للأقطار الأكبر (16 بوصة وما فوق) ولها جدران أكثر سمكًا من أنابيب المتفجرات من مخلفات الحرب.

إيجابيات وسلبيات الأنابيب غير الملحومة والمتفجرات من مخلفات الحرب وأنابيب LSAW

أنابيب سلسة

الايجابيات:

لا يوجد التماس لحام يلغي نقاط الضعف المحتملة ويسمح بمعدلات ضغط أعلى

يقلل السطح الداخلي الأملس من الاحتكاك والاضطراب لتحسين خصائص التدفق

قوة فائقة ومتانة ومقاومة لقوى الانحناء والتأثير

مقاومة ممتازة للتآكل بسبب عدم وجود التماس اللحام

يتعامل مع درجات الحرارة والضغوط العالية بشكل جيد، مما يجعله مثاليًا لتطبيقات النفط والغاز والمواد الكيميائية والطاقة الهامة

سلبيات:

أكثر تكلفة من الأنابيب الملحومة بسبب عملية التصنيع المعقدة

نطاق محدود الحجم، مع وجود تحديات في إنتاج أقطار صغيرة جدًا أو كبيرة جدًا

تعتبر الأطوال الأطول معقدة، لذا قد تكون خيارات الحجم محدودة أكثر من الأنابيب الملحومة

جدران أكثر سمكًا ووزن أثقل من الأنابيب الملحومة

أنابيب المتفجرات من مخلفات الحرب

الايجابيات:

تكلفة أقل من اللحام السلس نظرًا لعملية اللحام الأكثر وضوحًا والأكثر آلية

متوفر بأطوال أطول نظرًا لعدم وجود قيود على الحجم مثل السلس

جدران أرق وأخف وزنًا من الجدران غير الملحومة مع الحفاظ على قوة جيدة

الأسطح الداخلية والخارجية ناعمة

مناسب لتطبيقات الضغط العامة المنخفضة إلى المتوسطة-مثل المرافق والإنشاءات

سلبيات:

يعتبر التماس اللحام نقطة ضعف محتملة مقابل انخفاض معدلات الضغط

اللحام أكثر عرضة للتآكل من الجسم غير الملحوم

مطلوب اختبار واسع النطاق لدرز اللحام لضمان السلامة

غير مناسب لتطبيقات الضغط العالي-أو درجات الحرارة المرتفعة-أو تطبيقات الخدمة الشديدة

أنابيب LSAW

الايجابيات:

يتعامل مع الضغوط والأحمال الميكانيكية الأعلى من المتفجرات من مخلفات الحرب بسبب الجدران الأثقل وممرات اللحام المتعددة

مرونة الحجم-خيار شائع للأنابيب ذات القطر الكبير الذي يزيد عن 16 بوصة

التحمل الصارم والتحكم الجيد في الأبعاد

مناسب للتطبيقات المهمة مثل خطوط نقل النفط والغاز لمسافات طويلة-.

سلبيات:

إنها أكثر تكلفة من المتفجرات من مخلفات الحرب بسبب المواد الثقيلة وعملية اللحام المتخصصة

احتمالية حدوث عيوب في اللحام إذا لم يتم التحكم في العملية بشكل كافٍ، مما يتطلب فحصًا واختبارًا صارمين

الجدران السميكة والثقيلة تزيد من تكاليف المواد مقارنة بالمتفجرات من مخلفات الحرب

قيود الحجم والطول مقابل المتفجرات من مخلفات الحرب

باختصار، توفر الأنابيب غير الملحومة أعلى مستويات القوة وقدرة الضغط ومقاومة التآكل، مما يجعلها مثالية لتطبيقات النفط والغاز والكيماويات ومحطات الطاقة.

المفاضلات هي تكلفة أعلى وخيارات حجم محدودة.

يعد ERW خيارًا فعالاً من حيث التكلفة-لتطبيقات المرافق العامة والبناء حيث لا تشكل وصلة اللحام مصدر قلق كبير للسلامة.

يقدم مجموعة واسعة من الأحجام والأطوال الطويلة.

يعد LSAW خيارًا ملحومًا للخدمة الشاقة -لأنابيب الأنابيب ذات القطر الكبير-والضغط العالي- الذي يتطلب أعلى جودة لحام وفحص.

توفر اللحامات-المتعددة التمريرات قوة تقترب من السلاسة.

المفتاح هو اختيار المنتج المناسب بناءً على تقييم شامل للتطبيق وضغط البيئة ودرجة الحرارة والتآكل والحرجية.

اختيار أنواع الفولاذ المثالية لأنابيب النفط والغاز

سبائك الصلب

تحتوي سبائك الفولاذ على عناصر سبائكية غير الحديد والكربون لتعزيز القوة والمتانة ومقاومة التآكل أو الأداء في درجات الحرارة العالية.

يُستخدم الفولاذ ذو السبائك المنخفضة (أقل من 8٪ من محتوى السبائك) بشكل شائع في صناعة النفط والغاز من أجل:
 

أنابيب الحفر وأطواق الحفر

الغلاف والأنابيب

الصمامات ورؤوس الآبار وأشجار عيد الميلاد

السحابات مثل الصواميل والمسامير والأزرار

تضفي عناصر السبائك قوة أعلى، مما يسمح باستخدام جدران أرق، مما يقلل الوزن والتكلفة. كما تقاوم بعض السبائك التشقق والتآكل بكبريتيد الهيدروجين (H2S).

الكربون الصلب

يحتوي الفولاذ الكربوني بشكل أساسي على الحديد والكربون، مع كميات متبقية فقط من العناصر الأخرى.

يتم تصنيفها على أنها منخفضة أو متوسطة أو عالية الكربون بناءً على محتوى الكربون. يستخدم الفولاذ الكربوني على نطاق واسع في النفط والغاز من أجل:
 

خطوط التدفق وخطوط الأنابيب

صهاريج التخزين وأوعية الضغط

المكونات الهيكلية مثل العوارض والألواح والأنابيب

أنظمة أنابيب الضغط المنخفض-

الفولاذ الكربوني قوي وقوي وغير مكلف نسبيًا.

ومع ذلك، فهي تتمتع بمقاومة ضعيفة للتآكل وتكون عرضة لتكسير كبريتيد الهيدروجين (H2S) في الخدمة الحامضة. غالبًا ما تكون المثبطات أو الطلاءات مطلوبة.

الفولاذ المقاوم للصدأ

يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ على ما لا يقل عن 10.5% من الكروم، الذي يشكل طبقة أكسيد واقية على السطح، مما يوفر مقاومة ممتازة للتآكل.

تشمل الدرجات المستخدمة في النفط والغاز ما يلي:
 

الأوستنيتي (سلسلة 300): 304, 316, 317, 321, 347

الحديدي: 405, 430

مارتنسيتي: 410, 420, 431

دوبلكس:2205، 2507 سوبر دوبلكس

يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ للمكونات الهامة المعرضة لمياه البحر والمياه المنتجة وثاني أكسيد الكربون والكلوريدات والبيئات الحامضة بشكل معتدل:
 

المعدات تحت سطح البحر

مكونات رأس البئر وشجرة عيد الميلاد

المبادلات الحرارية وأوعية الضغط

الأنابيب والصمامات والأجهزة

تسمح القوة العالية لدرجات الطباعة على الوجهين بجدران أرق، بينما يوفر الأوستنيتي الفائق والطباعة على الوجهين مقاومة للظروف العدوانية.

ومع ذلك، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ له تكلفة أولية أعلى من الفولاذ الكربوني.
 

سبائك النيكل

تحتوي سبائك النيكل على مستويات عالية من النيكل وعناصر أخرى مثل الكروم والموليبدينوم لتحقيق أقصى مقاومة للتآكل، حتى في البيئات الساخنة والحمضية والحامضة للغاية. تشمل الدرجات الشائعة ما يلي:
 

النيكل-النحاس:مونيل 400، K-500

النيكل-الكروم-الحديد: 825, 625, 718

النيكل-الكروم-الموليبدينوم: C-276, 2550, 686

النيكل-الحديد-الكروم:800، 800 ح، 800 هت

تُستخدم سبائك النيكل في التطبيقات الأكثر تطلبًا حيث يكون الفولاذ المقاوم للصدأ غير كافٍ:
 

آبار الغاز الحامض وخطوط التدفق

الفتحات تحت سطح البحر والقافزات

أدوات قاع البئر وصمامات الأمان

السفن والأنابيب في المصافي ومحطات الغاز

إن المقاومة الممتازة للتآكل والثبات عند درجات الحرارة المرتفعة تأتي بتكلفة أعلى بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ.

يتم حجز سبائك النيكل للبيئات القاسية التي من شأنها أن تؤدي إلى تحلل السبائك الأخرى بسرعة.

يعد الفولاذ الكربوني خيارًا اقتصاديًا للعديد من تطبيقات النفط والغاز، بينما توفر سبائك الفولاذ قوة ومتانة معززة عند الحاجة.

يقاوم الفولاذ المقاوم للصدأ التآكل في البيئات المائية، بينما تزيد سبائك النيكل من الأداء في الظروف الساخنة والحمضية والحامضة.

يجب تقييم تركيبة السائل ودرجة حرارته وضغطه بعناية لتحديد السبيكة المثالية لضمان الموثوقية والسلامة على المدى الطويل.

فهم أبعاد وأحجام الأنابيب الملحومة وغير الملحومة

حجم الأنبوب الاسمي (NPS)

يتم تحديد حجم الأنبوب عادة بواسطة حجم الأنبوب الاسمي (NPS)، وهو محدد بدون أبعاد. بالنسبة للأحجام من 1/8 إلى 12 بوصة، يتوافق NPS مع القطر الداخلي التقريبي للأنبوب (ID) بالبوصة، باستخدام الكسور الشائعة. على سبيل المثال، يحتوي أنبوب NPS 2 على معرف يبلغ 2.1 بوصة تقريبًا.

بالنسبة للأحجام 14 بوصة وما فوق، فإن NPS هو القطر الخارجي التقريبي (OD) بالبوصة. لذا، فإن أنبوب NPS 20 يبلغ قطره الخارجي حوالي 20 بوصة.

من المهم ملاحظة أن OD وID الدقيقين سيختلفان وفقًا لسمك الجدار المحدد.

سمك الجدار

يحدد سمك الجدار معدل ضغط الأنبوب ووزنه. يتم تحديده عادةً برقم الجدول (Sch) أو السُمك الفعلي بالبوصات أو المليمترات.

أرقام الجدول القياسية هي 10، 20، 30، 40، 60، 80، 100، 120، 140، و160. كلما زاد الرقم، زاد سمك الجدار. على سبيل المثال، يبلغ سمك جدار أنبوب NPS 6 Sch 40 0.280 بوصة، بينما يبلغ سمك جدار أنبوب NPS 6 Sch 80 0.432 بوصة.

بالنسبة لـ NPS معين، سيكون للأنابيب ذات الجداول الزمنية المختلفة نفس OD ولكن بمعرفات مختلفة. يظل OD ثابتًا، ويتناقص المعرف مع زيادة سماكة الجدار.

معايير ASME ذات الصلة

تنشر ASME (الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين) عدة معايير تغطي أبعاد الأنابيب المصنوعة من مواد مختلفة:
 

أسم B36.10:ملحومة وغير ملحومة الكربون الصلب وسبائك الصلب

أسم B36.19:الفولاذ المقاوم للصدأ

أسم B36.20:مادة معدنية للتطبيقات العامة

أسم B36.21:المواد غير المعدنية للتطبيقات العامة

توفر هذه المعايير جداول أبعاد لـ NPS 1/8 إلى 80، مع تحديد OD وID وسمك الجدار والوزن لكل قدم والمعلمات الهامة الأخرى لكل مجموعة من NPS والجدول الزمني أو سمك الجدار.

تضمن المعايير أبعادًا متسقة عبر الشركات المصنعة، على الرغم من السماح ببعض الاختلافات ضمن التفاوتات المحددة.

تعد الإشارة إلى المعيار ذي الصلة عند تحديد الأنابيب أو طلبها أمرًا بالغ الأهمية لضمان تلبية الأبعاد لمتطلبات التطبيق، ورمز الأنابيب، واللوائح.

أطوال الأنابيب الملحومة وغير الملحومة والتشطيبات النهائية

أطوال الأنابيب

تتوفر الأنابيب الفولاذية عادةً بثلاثة خيارات للأطوال:
 

أطوال عشوائية واحدة (SRL)هي الخيار الأكثر شيوعا واقتصادية. ستختلف الأطوال الدقيقة ولكنها تتراوح عادةً من 16 إلى 24 قدمًا. تعمل المطحنة على تحسين الأطوال لتقليل الخردة أثناء الإنتاج.

أطوال عشوائية مزدوجة (DRL):يبلغ طولها ضعف طول المفردة العشوائية، وتتراوح من 32 إلى 48 قدمًا. وهي أقل شيوعًا وقد تكون محدودة التوفر، ولكنها يمكن أن تقلل الاتصالات المطلوبة في مسار طويل.

أطوال قطع محددة:يمكن طلب الأنابيب بأطوال محددة حسب متطلبات العميل. يعد هذا أكثر تكلفة لأنه قد يخلق المزيد من الخردة للمطحنة ويتطلب إعدادًا ومعالجة إضافيين. عادةً ما يتم تحديد أطوال القطع فقط عندما يكون الطول الدقيق أمرًا بالغ الأهمية، مثل تصنيع البكرات أو التركيبات البحرية حيث يجب أن تتناسب الوصلات بدقة.

قد تختلف الأطوال المتاحة أيضًا اعتمادًا على حجم وسمك جدار الأنبوب. الأقطار الأكبر والجدران الأثقل تكون أكثر صعوبة في التعامل معها ونقلها، لذا قد تقتصر على أطوال أقصر.

التشطيبات النهائية

يمكن الانتهاء من نهايات الأنبوب بعدة طرق اعتمادًا على كيفية ربطه:
 

نهاية عادي (PE):يتم قطع الأطراف بشكل مربع وتركها غير مكتملة. هذا هو الخيار الأساسي المناسب للوصلات اللحام أو الميكانيكية.

نهاية مشطوفة (BE):يتم قطع الأطراف بزاوية، عادةً 30 درجة أو 37.5 درجة، لإنشاء أخدود على شكل V - للحام. تسمح الشطبة بالاختراق الكامل لمعدن اللحام في المفصل. الأطراف المشطوفة هي الخيار الأكثر شيوعًا للبناء الملحوم.

نهاية مترابطة (TE):يتم ربط الأطراف إما خارجيًا (ذكر) أو داخليًا (أنثى) للسماح بربط الأنابيب معًا. تُستخدم التوصيلات الملولبة بشكل شائع لتطبيقات الضغط المنخفض-مثل خطوط المياه أو الهواء والتركيبات المؤقتة أو المحمولة. يمكن أن تكون الخيوط مدببة (NPT) أو مستقيمة (BSPP أو BSPT).

الخيوط والمقترنة (T&C):يتم ربط أحد الأطراف بالخارج ويتم تثبيت أداة التوصيل (الكم) عليه. يتم ربط الطرف الآخر من أداة التوصيل داخليًا لقبول الأنبوب التالي. وهذا يسمح بالتجميع والتفكيك السريع في الميدان.

نهاية مخدد:يتم قطع أخدود حول محيط الأنبوب بالقرب من النهاية لقبول أداة التوصيل الميكانيكية. تسمح الوصلات المحززة بالتركيب السريع وبعض المرونة في المفصل لاستيعاب التمدد الحراري أو الانكماش.