פרזול רכיבי סגסוגת שמן וגז: כיתות חומרים API 6A ובדיקת הסמכה

API 6Aהוא המפרט שמחליט אם רכיב ראש באר מזויף מקובל בכל מקום בתעשיית הנפט והגז. אם החברה שלך מזיפת או רוכשת חלקי נירוסטה או סגסוגת ניקל עבור ראשי בארות, עצי חג המולד, שסתומים או חנקים, מאמר זה מסביר את קטגוריות החומרים, הסגסוגות ואת מבחני ההסמכה המפרידים בין רכיבים מאושרים לבין אלו שנדחו.

נענה על תשע שאלות מעשיות: מהו API 6A ולמה זה חשוב; מה המשמעות של שבעת מחלקות החומר (א"א עד ח"ה); כיצד להשוות פלדות אל חלד וסגסוגות ניקל; כיצד דירוגי טמפרטורה ולחץ מגבילים את הבחירה; מה בעצם כרוכה בהסמכת זיוף; כיצד בדיקות PR1 ו-PR2 שונות; מה נדרשת הכשרת NACE MR0175/ISO 15156 לשירות חמוץ; כיצד לאמת את האישורים של הספק; והשאלות שקונים שואלים לרוב. רשימת מקורות סוגרת את המאמר כך שניתן לאתר כל טענה מרכזית.

מהו API 6A, ומדוע הוא שולט ברכיבי ראשי באר מזויפים?

API 6A - מפרט לציוד ראשי באר ועץ, שפורסם על ידי מכון הנפט האמריקאי - קובע את דרישות המינימום לתכנון, חומרים, ייצור, בדיקה ותיעוד של ציוד ראשי באר ועץ חג המולד. הוא נמצא כעת במהדורה ה-21 שלו (נובמבר 2018), מתוחזק על ידי תוספות, ומשתקף טכנית על ידי התקן הבינלאומי ISO 10423.

המפרט מכסה את הציוד המכיל לחץ ובקרת הלחץ שיושב על גבי באר: ראשי מעטפת וסלילים, ראשי צינורות וסלילים, עצי חג המולד, שסתומי שער, בדיקה וסתימה, משנקים, מתלי מעטפת וצינורות, ומחברים ואוגנים. כל אחד מהחלקים הללו חייב להחזיק בלחץ קידוח ולהתנגד לנוזלים הזורמים דרכו - לעתים קרובות במשך עשרות שנים.

רכיבים מחושלים מיוצרים על ידי מתכת מוצקה עיוות חם עם פטישים או לחיצות. תהליך זה סוגר חללים פנימיים, מעדן את מבנה הגרגירים ויוצר זרימת גרגרים כיוונית לאורך צורת החלק - בדיוק התכונות שחלקים המכילים לחץ זקוקים להם. לכן גופים, מצנפים, קולבים ומחברים מצוינים בדרך כלל כפרופים ולא יציקות.

ציוד שעומד ב-API 6A עשוי לשאת את מונוגרמת ה-API, כלומר היצרן מחזיק ברישיון ונבדק על-ידי API. עבור ספק פרזול, רישיון זה מכסה את כל השרשרת - התכה, פרזול, טיפול בחום, בדיקה ועקיבות - לא רק את הכימיה של הסגסוגת.

מהן שבעת מחלקות החומר של API 6A, ואיזו מהן צריך הרכיב שלך?

API 6A מגדיר שבעה מחלקות חומרים - AA, BB ו-CC עבור שירות כללי, ו-DD, EE, FF ו-HH עבור שירות חמוץ. המחלקה קובעת את דרישות החומר המינימליות לשתי קבוצות של חלקים: הגוף המכיל לחץ (גוף, מכסה מנוע, חיבורי קצה ויציאה) והחלקים הפנימיים לבקרת לחץ (מתלי מדים, מנגנוני איטום קדח שסתומים, עיטור משנק וגבעולים).

טבלה 1 - כיתות חומר API 6A (לפי API 6A / ISO 10423; מקור: מבוא למפרט API 6A, Cameron/Schlumberger)

קורא את הטבלה.בשפה פשוטה, מחלקות AA עד CC מיועדות לבארות שבהן מימן גופרתי אינו מהווה בעיה; כיתות DD עד HH מיועדות לשירות חמוץ, כאשר H2S יכול לגרום לפלדה רגילה להיסדק בפתאומיות. HH הוא המעמד התובעני ביותר: המשטחים המורטבים בנוזל חייבים להיות סגסוגת עמידה בפני קורוזיה (CRA).

שתי נקודות קונים לעתים קרובות מפספסים.ראשית, כיתת חומר אינה מתכת אחת - זוהי דרישה שיצרן הפרזול יעמוד בבחירת הדרגה המתאימה והוכחתה בבדיקה. שנית, עבור מחלקות DD, EE, FF ו-HH, חלקי גבול הלחץ חייבים לעמוד גם ב-NACE MR0175/ISO 15156, תקן התעשייה עבור סביבות H2S (ראה סעיף שירות חמוץ להלן).

פרט שימושי.עבור HH, CRA נדרש רק על משטחים שהורטבו בנוזל נשמרים; מותר חיפוי CRA מסגסוגת נמוכה או נירוסטה. זהו מסלול שיצרנים רבים משתמשים בהם כדי לשלוט בעלויות תוך שמירה על בטיחות המשטח הרטוב.

אנלוגיה פשוטה.חשבו על כיתות חומרים כעל רמות בטיחות בבניין: AA הוא משרד רגיל, HH היא מעבדה המטפלת בכימיקלים מסוכנים. לא היית בונה מעבדה כימית עם אותם חומרים כמו משרד, ואסור לך לציין באר חמוץ עם חומרים לשירות כללי.

נירוסטה או סגסוגת ניקל? כיצד להשוות סגסוגות עבור פרזול API 6A

הבחירה תלויה בארבע שאלות: האם הסביבה מכילה H2S? כמה חמה הבאר וכמה כלוריד יש בנוזל? איזה חוזק צריך החלק? ומהי העלות המקובלת? בפועל, פלדות אל-חלד מרטנסיטיות ודופלקס מכסות את רוב יישומי המשטח; סגסוגות ניקל שמורות לתפקידים המאכלים, החמים ביותר או בעלי החוזק הגבוה ביותר - במיוחד ציוד מסוג HH ו-HHHT.

טבלה 2 - סגסוגות פרזול נפוצות עבור שירות API 6A והיכן כל אחת מהן מתאימה

איך לקרוא את הטבלה.מספרי UNS הם זהויות הסגסוגת האוניברסלית (S=נירוסטה, N=על בסיס ניקל). ייעודי מאפייני ה-API 60K, 75K, 100K ו-105K מתייחסים לחוזק תפוקה מינימלי באלפי psi - פרזול של 75K חייב להניב לפחות 75,000 psi.

כלל אצבע מעשי.פלדות פחמן וסגסוגת נמוכה הן חזקות ולא יקרות אך פוגעות; פלדות אל חלד מרטנסיטיות (410, F6NM) מוסיפות עמידות בפני קורוזיה והן סוסי העבודה של השירות הכללי; ציונים דופלקסים (22Cr, 25Cr) מוסיפים עמידות בפני פיתולים וסדקים לשירות חמוץ; סגסוגות ניקל (625, 718, 825, K-500, C-276) מספקות את העמידות הגבוהה ביותר בפני קורוזיה, וכאשר הן מתקשות, את החוזק הגבוה ביותר - בעלות הגבוהה ביותר.

עוד נקודה הנדסית אחת.סגסוגות מבוססות ניקל מוקשחות בגיל המשמשות לחלקים המכילים לחץ ושליטה בלחץ מטופלות על ידי תקן API ייעודי, API 6ACRA. אם העיצוב שלך מסתמך על סגסוגת 718 בעלת חוזק גבוה, ההסמכה פועלת לפי המסלול הזה ולא בטבלת הסגסוגת הבסיסית בלבד.

כיצד דירוגי טמפרטורה ולחץ של API 6A מגבילים את בחירת הסגסוגת?

חלקי API 6A חייבים להיות מסומנים בשלושה דברים שפועלים יחד: דרגת טמפרטורה, דירוג לחץ ומחלקת חומרים. שיעורי טמפרטורה נעים בין שירות ארקטי ב-60 מעלות לשירות HPHT קיצוני ב-343 מעלות; לחצי עבודה נעים בין 2,000 ל-20,000 psi. יחד הם מחליטים אילו סגסוגות, טיפולי חום ובדיקות מקובלות.

טבלה 3 - כיתות טמפרטורה של API 6A (K–V לפי מבוא למפרט API 6A; X–Y לכל API 6A HPHT תרגול, BHEL TDC)

דירוגים משולבים.ניתן לשלב כיתות טמפרטורה כדי להרחיב את הדירוג. דירוג שסתום ראש באר נפוץ הוא P+U, כלומר העיצוב מכסה -20 עד +250 מעלות F (-29 עד +121 מעלות).

למה הטמפרטורה חשובה לפרזול.כיתות טמפרטורה נמוכה (K, L) דורשות קשיחות השפעה - בדיקות Charpy מופעלות בדרך כלל ב-29 מעלות ומטה. דרגות טמפרטורות גבוהות (X,Y) דורשות שהסגסוגת תשמור על חוזק שמיש כשהיא חמה - בדיקות מתיחה בטמפרטורה מוגבהת מופעלות ב-180 מעלות עבור Class X ו-345 מעלות עבור Class Y. סגסוגות ניקל מחזיקות חוזק בטמפרטורה הרבה יותר טוב מרוב הפלדות אל חלד, וזו הסיבה שהן שולטות בציוד HPHT.

טבלה 4 - דירוגי לחץ עבודה של API 6A (מקור: מסביר API 6A, Jiangsu Wellhead Drilling Equipment Co.)

למה הלחץ חשוב.דירוגים גבוהים יותר פירושם חתכים עבים יותר, דרישות חוזק גבוהות יותר ובדיקה לא הרסנית חמורה יותר. לא ניתן לייצר ולאמת גוף של 20,000 psi באותו אופן כמו גוף של 2,000 psi - תוכנית הפרזול, טיפול בחום ובדיקה אולטרסאונד מתהדקים ככל שהדירוג עולה.

מה בעצם כוללת בדיקת הסמכה של חישול API 6A?

ההסמכה היא הוכחה, לא ניירת. פרזול מוכשר כאשר הכימיה שלו, תהליך החישול, הטיפול בחום, התכונות המכניות והבחינה הלא הרסנית שלו הוכחו כולם עומדים בדרישות הכיתה, ה-PSL והטמפרטורה - עם רישומים שמבקר יכול לאתר את החום המקורי של המתכת.

שלב 1 - התכה וזיקוק.חלקי לחץ API 6A מתחילים מפלדה עדינה מותכת לחלוטין בתנור חשמלי, תנור חמצן בסיסי או תנור אינדוקציה, ואחריו זיקוק משני כגון הסרת גז בוואקום, AOD, ESR או VAR. עבור PSL 4, יש לתעד ולדווח על פרקטיקת ההיתוך.

שלב 2 - גיבוש תוכנית והפחתה.פרזול חם חייב לעקוב אחר תכנית מתועדת המציגה את שלבי הפרזול וההפחתה בכל שלב. המינימום הנפוץ הוא הפחתה של 3:1 בשטח מהמטיל אל הפרזול המוגמר, כאשר זרימת התבואה פועלת במקביל לאורך הצירי. כך מובטח המבנה המחושל - הסיבה שאנו מזיזים בכלל.

שלב 3 - טיפול בחום עם קופונים לבדיקת הסמכה (QTCs).כל מגרש לטיפול בחום מוסמך עם קופוני בדיקת הסמכה (QTCs) המעובדים באותו תנור ומיכל כיבוי כמו חלקי הייצור. הסיבוב המקביל של הקופון - דרך להתאים את קצב הקירור לגודל המקטע - חייב להיות שווה או גדול מהחלק שהוא מתאים לו. טמפרטורות חומרי ההמרה נשלטות, למשל מים או פולימר ב-38 מעלות או מתחת לתחילת ההמרה.

שלב 4 - בדיקה מכנית.בדיקות מתיחה (תפוקה של 0.2% היסט), מבחני פגיעה ב-Charpy V-notch (בדרך כלל ב-29 מעלות, עם מינימום אנרגיה ספיגה ממוצעת של כ-20 J בכיוון הרוחבי ו-27 J בכיוון האורך), וסקרי קשיות מופעלים על הקופונים. ייעודי נכסים 60K עד 105K מגדירים את החוזקות הנדרשות. עבור PSL 2 ומעלה, הקשיות נבדקת ב-100% מחלקי הייצור.

שלב 5 - בדיקה לא הרסנית (NDE).בדיקת אולטרסאונד (UT) לפי ASTM A388 מאמתת תקינות פנימית; הרגישות נקבעת על ידי הפניות של חורים שטוחים (FBH) שמתהדקים ככל שה-PSL עולה - לדוגמה, FBH של 1.6 מ"מ לעובי דופן של עד 38 מ"מ, 3.2 מ"מ מ-38 עד 150 מ"מ, ו-6.4 מ"מ מעל 150 מ"מ. חלקיקים מגנטיים (MT) וחדירים נוזליים (PT) מכסים את משטחי הבדיקה. צוות NDE חייב להיות מוסמך לתקן ISO 9712 או ASNT SNT-TC-1A.

שלב 6 - מעקב.כל חלק מוגמר חייב להתחקות אחר מספר החום שלו באמצעות תעודות טחנה, רישומי טיפול בחום, דוחות בדיקה ודוחות NDE. אם חסר קישור כלשהו, ​​החלק אינו כשיר.

מעבר לזיוף.עבור שירות יושרה גבוהה, ההסמכה לא נעצרת בזיוף. אם מיושם חיפוי CRA - מותר למשטחים הרטובים בדרגת HH - יש להסמיך גם את הליך הריתוך והרתכים, עם סקרי קשיות על פני השכבה, האזור מושפע החום והמתכת הבסיסית.

PR1 לעומת PR2 - מה ההבדל בהסמכת הביצועים של API 6A?

PR1 ו-PR2 הן שתי רמות דרישות הביצועים ב-API 6A. PR1 הוא קו הבסיס - בדיקות הידרוסטטיות, מושב וגז סטנדרטיות המוכיחות שחלק מחזיק לחץ. PR2 הוא מסלול האימות המורחב המוגדר בנספח F - מחזורי לחץ, מחזורי טמפרטורה ובדיקות אטימה המוכיחות שהתכנון שורד שנים של מחזורי פעולה אמיתיים.

מה PR1 כולל.בדיקת מעטפת הידרוסטטית בלחץ הנדרש, בדיקת דליפת מושבים לשסתומים ובדיקת אטם גז היכן שה-PSL דורש זאת. זוהי רמת ברירת המחדל עבור רוב הרכיבים הסטנדרטיים.

מה PR2 מוסיף.אימות תכנון נספח F מוסיף: מדידת כוח או מומנט במהלך הפעולה; רכיבה דינמית - בדרך כלל בסביבות 160 מחזורים בלחץ קדח דיפרנציאלי מרבי; מחזור טמפרטורה מקסימלי ומינימלי, בדרך כלל 20 מחזורים בכל קיצוני; מחזור לחץ-טמפרטורה; ובדיקות אטימה בסביבה. גז משמש בדרך כלל כאמצעי הבדיקה לאטמים קריטיים.

כאשר PR2 הוא חובה.שסתום בטיחות עילי ותת-מימי (SSV, USV) ושסתום לחץ חוזר (BSDV) נדרשים כדי לעמוד ב-PR2, והמפעילים מציינים באופן שגרתי PR2 עבור ציוד HPHT וציוד מים עמוקים.

הבחנה חשובה.PR2 מאמת את העיצוב, לא כל חלק בודד. חלקי הייצור עדיין מקבלים את מבחני הקבלה השגרתיים שלהם - אב הטיפוס שנבדק ב-PR2 מוכיח שהעיצוב יכול לשרוד; בדיקות הייצור מוכיחות שהחלק המסוים הזה נעשה כהלכה.

אנלוגיה פשוטה.חשבו על PR1 כבחינת רישיון נהיגה ועל PR2 כעל הסמכת מירוצים: אחת מהן מוכיחה שאתם יכולים לנהוג; השני מוכיח שאתה יכול לשרוד תנאים קיצוניים.

מה דורשת הסמכה לשירות חמוץ לפי NACE MR0175/ISO 15156?

עבור מחלקות חומרים DD, EE, FF ו-HH, חלקי גבול הלחץ חייבים לעמוד בתקן NACE MR0175/ISO 15156 - התקן הבינלאומי לחומרים בסביבות המכילות H2S. זה מגביל כימיה, קשיות ומבנה מיקרו כך שהמתכת לא יכולה להיסדק בעת חשיפה למימן גופרתי.

למה זה קיים.בשירות H2S רטוב, פלדות רגילות עלולות להיכשל על ידי פיצוח מתח גופרתי (SSC), פיצוח קורוזיה במתח (SCC), או פיצוח המושרה על ידי מימן (HIC) - מצבי כשל פתאומיים, קטסטרופליים שיכולים להתרחש הרבה מתחת לגבול החוזק הרגיל של החומר.

כיצד בנוי התקן.חלק 1 נותן את העקרונות הכלליים לבחירת חומרים עמידים בפני סדקים. חלק 2 מכסה פלדות פחמן וסגסוגת נמוכה (וברזל יצוק): הוא מכסה קשיות - רוב דרגות הפחמן והסגסוגות הנמוכות מוגבלות לכ-22 HRC - ומטיל בקרות מיקרו-מבנה ועיבוד כדי לעמוד בפני SSC ו-HIC. חלק 3 מכסה סגסוגות עמידות בפני קורוזיה: הוא מגדיר חלונות מקובלים של טמפרטורה, לחץ חלקי H2S, ריכוז כלוריד ו-pH עבור כל משפחת סגסוגות - לדוגמה, התנאים שבהם 316L, ציונים דופלקסים או סגסוגת 718 מקובלים.

כיצד מוכיחים את ההסמכה.סקרי קשיות על חלקי ייצור ושכבות ריתוך (בדרך כלל בדיקות Vickers במספר מיקומים על פני שכבת העל, אזור מושפע חום ומתכת בסיסית), בתוספת, במידת הצורך, בדיקות SSC לפי NACE TM0177 ובדיקת HIC לפי NACE TM0284. התוצאות חייבות להיות מתועדות וניתנות למעקב.

טייק אווי מעשי."נירוסטה" אינה בטוחה אוטומטית בחמצה. דרגת אוסטניטית עשויה להיות מקובלת לחלוטין בבאר אחת ולא מקובלת באחרת, בהתאם לטמפרטורה, לחץ חלקי H2S, כלורידים ו-pH. בדיוק בגלל זה יש לציין את מחלקת החומרים של API 6A יחד עם הסביבה.

איך אתה יכול לוודא שספק פרזול באמת מוסמך API 6A?

וודא שלושה דברים - ולאחר מכן תבדוק את המסמכים. ראשית, הספק מחזיק ברישיון מונוגרמה API שהיקפו מכסה את המוצר שאתה קונה. שנית, מערכת ניהול האיכות מוסמכת ל-API Q1 או ISO 9001. שלישית, תהליך הפרזול עצמו מוסמך ל-API 20B עבור פרזול תבנית פתוח או API 20C עבור פרזול סגור. לאחר מכן ודא שהניירת תואמת למתכת.

API 20B ו-API 20C מוסברים.API 20B שולט בפרזול בצורת תבנית פתוחה - צורות גדולות ופשוטות המחושלות בין קוביות שטוחות או מעוצבות. API 20C שולט בחיתולי תבנית סגורה - צורות מורכבות כמעט נטויות המיוצרות במות טביעה סגורות. שניהם דורשים מפרטי חומר מתועדים, תהליכים מוסמכים, עקיבות ו-NDE. לספק שטוען ליכולת API 6A ללא הסמכת תהליך 20B/20C יש סיפור חלש יותר.

מה לציין בהזמנת הרכש - חמשת הפרמטרים.סוג ציוד; דירוג לחץ עבודה; דרגת טמפרטורה; כיתת חומר; ורמת PSL. השמטת כל אחד מותירה את הספק חופשי לברירת מחדל לאפשרות הזולה ביותר התואמת.

דגלים אדומים בתיעוד.דוחות בדיקת חומרים (MTRs) שאינם קשורים למספרי חום; אין רשומות QTC המקשרות את הקופון למגרש הייצור; ערכי קשיות מחוץ לטווח שצוין; חלקים "מחושלים" עם מבנה מיקרו יצוק או ללא עדות לזרימת גרגרים; חסרים דוחות UT/MT/PT; ותעודות NDE מכוח אדם לא מוסמך.

בדיקת צד שלישי.עבור PSL 3 ו- PSL 4, השתמש בסוכנות פיקוח של צד שלישי כדי לראות בדיקות קבלה של המפעל ולעיין בחבילת התיעוד המלאה לפני המשלוח.

שאלות נפוצות

כיתת חומר (AA עד HH) היא דרישת שירות - מה שהחלק חייב לעמוד בפניו. קבוצת חומרים או כיתה (לדוגמה, 410, F6NM, 625 או 718) היא הסגסוגת הספציפית שנבחרה כדי לעמוד בדרישה זו. מחלקה אחת יכולה להיות מסופקת על ידי מספר סגסוגות שונות, וסגסוגת אחת יכולה להופיע במספר מחלקות.

האם נירוסטה 316 מקובלת לשירות חמוץ API 6A?

רק בגבולות המוגדרים בתקן ISO 15156-3. פלדות אל חלד אוסטניטיות כגון 316/316L מקובלות לשירות חמוץ רק בתוך חלונות מוגדרים של טמפרטורה, לחץ חלקי H2S, ריכוז כלוריד ו-pH. זה לא שמיכה "כן".

מה המשמעות של HH ב-API 6A?

HH היא מחלקת חומרי השירות החמוץ הגבוהה ביותר. הגוף והחלקים הפנימיים לשליטה בלחץ חייבים להשתמש בסגסוגת עמידה בפני קורוזיה (CRA) על כל המשטחים המורטבים בנוזל שנשמרו; מותר חיפוי CRA מסגסוגת נמוכה או נירוסטה.

האם ניתן להשתמש בפלדת פחמן בציוד HH?

לא על משטחים מורטבים נוזלים - המשטח המורטב חייב להיות CRA. מותר בסיס פלדת סגסוגת נמוכה או פחמן עם חיפוי CRA.

מה זה PSL 3G?

PSL מייצג רמת מפרט מוצר (1, 2, 3, 3G, 4). PSL 3G הוא PSL 3 פלוס בדיקת גז חובה של כל האטמים והמושבים המכילים לחץ - המצוינים בדרך כלל עבור יישומי HPHT ומים עמוקים.

PR1 או PR2 - איזה מהם צריך הרכיב שלי?

זה תלוי ברכיב ובשירות. PR2 הוא חובה עבור עיצובים של שסתומי בטיחות ושסתומי לחץ גב והוא מצוין באופן שגרתי עבור HPHT וציוד בעל שירות קריטי. עבור רכיבים סטנדרטיים, PR1 בתוספת בדיקות ה-PSL הנדרשות עשויות להספיק - אשר עם מפרט המפעיל או הפרויקט.

מה ההבדל בין API 20B ל-API 20C?

שניהם מפרטי API עבור ספקי פרזול מתאימים. API 20B מכסה פרזול בצורת תבנית פתוחה (צורות גדולות ופשוטות); API 20C מכסה פרזול סגור (צורות כמעט-נטו מורכבות). ספקים רבים מחזיקים באחד או בשניהם, בהתאם למגוון המוצרים שלהם.