أنبوب الحفر

ما هو أنبوب الحفر؟

أنبوب الحفر يعتبر أنبوب الحفر مكونًا أساسيًا في سلسلة الحفر المستخدمة في حفر النفط والغاز. وهو عبارة عن أنبوب طويل على شكل أنبوب يمتد من السطح إلى لقمة الحفر، وينقل سائل الحفر (الطين) والقوة الميكانيكية إلى لقمة الحفر مع توفير الدعم الهيكلي.

ما هي وظائف أنبوب الحفر؟

نقل سوائل الحفر:يعمل أنبوب الحفر كقناة لسوائل الحفر، وهو ضروري لتبريد وتزييت مِثقب الحفر، وإزالة قصاصات الصخور، والحفاظ على ضغط البئر.
نقل الحركة الدوارة:يقوم أنبوب الحفر بنقل الحركة الدورانية من طاولة الدوران السطحية أو المحرك العلوي إلى مثقب الحفر، مما يتيح للمثقب الحفر في الصخور.
تقديم الدعم الهيكلي: يضيف القوة والصلابة إلى سلسلة الحفر، ويدعم لقمة الحفر والمكونات الأخرى أثناء اختراقها للتكوينات تحت السطح.
توصيل المكونات:يربط أنبوب الحفر أجزاء مختلفة من سلسلة الحفر، بما في ذلك أطواق الحفر، والمثبتات، وأدوات أخرى أسفل البئر، مما يشكل مجموعة مستمرة تمتد من السطح إلى قاع البئر.

كم عدد أنواع أنابيب الحفر؟

أنابيب الحفر القياسية
مادة: عادة ما تكون مصنوعة من الفولاذ عالي القوة، مثل AISI 4145H أو درجات مماثلة.
تصميم:يتميز بجدار رقيق نسبيًا مقارنة بأطواق الحفر وقوة شد عالية لتحمل الضغوط المحورية والالتوائية.
أنابيب الحفر ذات الوزن الثقيل (HWDP)
مادة: يشبه أنبوب الحفر القياسي ولكنه مصمم بجدار أكثر سمكًا ووزن أثقل.
تصميم: يستخدم كانتقال بين أنبوب الحفر القياسي وأطواق الحفر لتوفير وزن إضافي وثبات.
أنبوب الحفر الممتاز
مادة: مصنوعة من الفولاذ أو السبائك عالية الجودة مع خصائص ميكانيكية محسنة.
تصميم: يتضمن عمليات التصنيع والعلاجات المتقدمة لتحسين الأداء والمتانة.
أنابيب الحفر غير المغناطيسية
مادة: مصنوعة من سبائك غير مغناطيسية لتجنب التداخل مع الأدوات المغناطيسية في قاع البئر.
تصميم: يستخدم في التطبيقات التي يجب فيها تقليل التداخل المغناطيسي.

ما هي مواصفات وتصميم أنبوب الحفر؟

القطر الخارجي (OD): يتراوح عادة من 2 7/8 بوصة إلى 5 1/2 بوصة، حسب متطلبات البئر وظروف الحفر.
القطر الداخلي (معرف): القطر الداخلي يسمح بتدوير سوائل الحفر.
سمك الحائط: مصممة لتحمل الضغوط التي تواجهها أثناء الحفر مع الحفاظ على التوازن بين القوة والوزن.
طول: تتراوح الأطوال القياسية عادة من 30 إلى 40 قدمًا لكل مفصل، على الرغم من إمكانية استخدام الأطوال المخصصة بناءً على الاحتياجات التشغيلية.
اتصالات الموضوع: يتم توصيل أنابيب الحفر باستخدام وصلات ملولبة، مثل خيوط API (معهد البترول الأمريكي) أو الخيوط المتميزة، مما يضمن تجميعًا آمنًا ومانعًا للتسرب.

ما هي اتصالات أنابيب الحفر؟

1. REG (اتصال النمط العادي)

تم تصميم الوصلة العادية (REG) لتوصيل أنابيب الحفر الداخلية المقلوبة. تتميز هذه الوصلة بأصغر قطر خارجي، مما يؤدي إلى أن يكون قطر أنبوب الحفر الداخلي أقل من الجزء السميك من أنبوب الحفر ويكون القطر الداخلي للجزء السميك من أنبوب الحفر أصغر من القطر الداخلي. تُستخدم وصلة REG لتوصيلات البتات في عمليات الحفر.

احتفظ معهد البترول الأمريكي (API 5CT) بجميع المواصفات الخاصة باتصالات REG نظرًا لتطبيقها المتخصص وملاءمتها لاتصالات البت.

يتناسب تصميمه مع المتطلبات والتحديات الفريدة لاتصالات البت، مما يجعله الخيار المفضل للعديد من محترفي الحفر.

وبما أن لقمة الحفر موجودة في نهاية سلسلة الحفر، فإن وصلة REG تواجه انخفاضًا في تركيز الضغط في سن أنبوب الحفر مقارنة بأنواع التوصيل الأخرى. وهذا يقلل من خطر فشل التعب ويعزز موثوقيته الشاملة.

إن اتصال REG مخصص بشكل أساسي لوصلات البتات، لذلك قد لا يكون مناسبًا لتطبيقات الحفر أو تكوينات المعدات الأخرى. يحد تصميمه المتخصص من تعدد استخداماته مقارنة ببعض أنواع الاتصال الأخرى.

بسبب تكوين التوصيل، يكون قطر أنبوب الحفر أصغر من القطر الداخلي للجزء السميك عند استخدام توصيلات REG. ورغم أن هذا قد لا يشكل مشكلة كبيرة لتوصيلات المثقاب، إلا أنه قد يؤثر على معدلات تدفق السوائل وتصنيفات الضغط في سيناريوهات حفر معينة.

2. IF (اتصال التدفق الداخلي)

وصلة التدفق الداخلي (IF) لها قطر خارجي أكبر وتربط أنبوب الحفر السميك الداخلي والخارجي. يشكل هذا الاتصال وصلة أنبوب حفر بقطر داخلي مطابق أو مساوٍ تقريبًا لقطر جسم الأنبوب.

إن إحدى المزايا الرئيسية لاتصال IF هي القطر الداخلي الثابت، مما يضمن معدل تدفق أعلى للسوائل ويقلل من خطر القيود أو الانسدادات أثناء عمليات الحفر، مما يزيد من الكفاءة.

ومع ذلك، فإن احتمالية تركيز الإجهاد هي عيب ملحوظ في وصلة IF. يمكن أن يؤدي تصميم الوصلة، وخاصة تصميم الأسنان المثلثة، إلى مناطق موضعية ذات إجهاد مرتفع. وقد يؤدي ذلك إلى زيادة خطر فشل التعب بمرور الوقت، مما يعرض سلامة وموثوقية الوصلة للخطر.

بسبب مشكلات تركيز الضغط المرتبطة باتصال IF وتطوير تصميمات اتصال أحدث ومحسنة، قام معهد البترول الأمريكي (API) باستبدال وصلات IF.

3. FH (اتصال كامل الفتحة)

يربط الوصل ذو الفتحة الكاملة (FH) أنبوب الحفر السميك الداخلي والخارجي، ويشكل وصلة أنبوب الحفر بقطر داخلي يطابق قطر الطرف السميك. ويكون قطر الوصلة الداخلي والخارجي أصغر من القطر الداخلي لأنبوب الحفر.

توفر وصلة FH ثلاثة مواصفات مختلفة للسن، وهي V-0.065، وV-0.05، وV-0.040، مما يوفر خيارات لمتطلبات وظروف الحفر المختلفة. وهذا التنوع يجعله يُستخدم على نطاق واسع عبر عمليات الحفر المختلفة، مما يسمح بالمرونة والقدرة على التكيف، كما هو الحال مع أطواق الحفر ولقم الحفر.

أحد القيود التي تواجه وصلة FH هو قطرها الداخلي الأصغر مقارنة بالقطر الداخلي للأنبوب. ورغم أن هذا قد لا يشكل مشكلة كبيرة في العديد من عمليات الحفر، إلا أنه قد يؤثر على معدلات تدفق سائل الحفر.

بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من تقديم ثلاثة نماذج مختلفة، فإن وصلة FH لها مواصفات خيوط أقل من وصلات أنابيب الحفر الأخرى. وقد يحد ذلك من قدرتها على التكيف مع ظروف حفر معينة أو تكوينات معدات، مما يتطلب اختيارًا دقيقًا لضمان التوافق والأداء.

4. NC (اتصال مرقم)

يتم تصنيع الوصلات المرقمة (NC) لأنابيب الحفر ذات قوة خضوع تبلغ 75000 رطل/بوصة مربعة على الأقل أو أكثر، والتي يشار إليها غالبًا باسم أنابيب الحفر عالية القوة. ونظرًا لتصميمها القوي ومتطلبات التوافق، توصي API باستخدام وصلات NC لأنابيب الحفر عالية القوة.

تم تصميم NCs لربط الدبابيس والصناديق ذات تسميات الخيوط المتساوية، مما يضمن اتصالًا آمنًا وموثوقًا به. يمكن تبديلها إذا كانت رموز الدرجة متطابقة، مما يعني أن درجة الخيط متشابهة والخيوط المختلفة متوافقة.

توفر وصلات NC، التي تتراوح من NC10 إلى NC77، مجموعة متنوعة من الأحجام والتكوينات لتناسب متطلبات وظروف الحفر المختلفة. وهي مناسبة لتحمل الالتواء والضغوط وحركات منصات الحفر المختلفة، مما يضمن المتانة والموثوقية في عمليات الحفر الصعبة.

ومع ذلك، يمكن أن تؤدي أنواع الخيوط أو درجات الصوت غير المتطابقة إلى حدوث مشكلات في الاتصال، مما يعرض سلامة الاتصال وموثوقيته للخطر. لذلك، من الضروري مراجعة الشركة المصنعة لوصلة الأداة لضمان توافق توصيلات NC وأنواع الخيوط.

على الرغم من أن وصلات NC متعددة الاستخدامات ومستخدمة على نطاق واسع، إلا أنها مصممة لأنابيب الحفر عالية القوة بحد أدنى لقوة الخضوع يبلغ 75000 رطل لكل بوصة مربعة أو أعلى. وهذا يحد من تطبيقها على عمليات حفر محددة تتطلب معدات عالية القوة.

ما هي تطبيقات أنابيب الحفر؟

حفر النفط والغاز: يستخدم في عمليات الحفر الدوار للحفر خلال التكوينات الصخرية والوصول إلى مكامن الهيدروكربون.
الحفر الجيوتقني: يستخدم في التحقيقات الجيوتقنية لاستكشاف ظروف التربة والصخور.
حفر آبار المياه:تستخدم في بناء آبار المياه للوصول إلى المياه الجوفية.