أنبوب الحفر

ما هو أنبوب الحفر؟

أنبوب الحفر يعد مكونًا مهمًا في سلسلة الحفر المستخدمة في عملية حفر النفط والغاز. وهو عبارة عن أنبوب أنبوبي طويل يمتد من السطح إلى لقمة الحفر، وينقل سائل الحفر (الطين) والطاقة الميكانيكية إلى لقمة الحفر مع توفير الدعم الهيكلي.

ما هي وظائف أنبوب الحفر؟

نقل سوائل الحفر: يعمل أنبوب الحفر كقناة لسوائل الحفر، والتي تعتبر ضرورية لتبريد وتشحيم لقمة الحفر، وإزالة قطع الصخور، والحفاظ على ضغط حفرة البئر.

نقل الحركة الدوارة: ينقل أنبوب الحفر الحركة الدورانية من الطاولة الدوارة السطحية أو المحرك العلوي إلى لقمة الحفر، مما يتيح لقمة الحفر الحفر في الصخر.

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 وغيرها من أدوات قاع البئر، مما يشكل مجموعة مستمرة تصل من السطح إلى أسفل 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 مقارنة بأطواق الحفر، مع قوة 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 وصلة النمط العادي (REG) خصيصًا لتوصيل أنابيب الحفر الداخلية المضطربة. يتميز هذا التوصيل بأصغر قطر خارجي ويؤدي 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. يتم استخدام اتصال REG لاتصالات البتات في عمليات الحفر.

احتفظ معهد البترول الأمريكي (API 5CT) بجميع مواصفات اتصال REG، نظرًا لتطبيقه المتخصص وملاءمته لاتصالات البت.

يتناسب تصميمه مع المتطلبات والتحديات الفريدة المرتبطة بوصلات 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.

عند استخدام وصلات REG، يكون قطر أنبوب الحفر أصغر من القطر الداخلي للجزء السميك بسبب تكوين التوصيل. على الرغم من أن هذا قد لا يمثل مشكلة كبيرة بالنسبة لوصلات الحفر، إلا أنه يمكن أن يؤثر على معدلات تدفق السوائل وتقييمات 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.

إحدى المزايا الرئيسية لوصلة IF هي القطر الداخلي المتسق، الذي يضمن معدل تدفق أعلى للسوائل ويقلل من مخاطر القيود أو الانسداد أثناء عمليات الحفر، مما يزيد من الكفاءة.

ومع ذلك، فإن العيب الملحوظ في اتصال IF هو إمكانية تركيز الضغط. يمكن أن يؤدي تصميم الوصلة، وخاصة تصميم الأسنان المثلثة، إلى مناطق موضعية ذات ضغط مرتفع. وقد يؤدي ذلك إلى زيادة خطر فشل الإرهاق بمرور الوقت، مما يعرض سلامة الاتصال وموثوقيته 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)

تقوم وصلة الفتحة الكاملة (FH) بتوصيل أنبوب الحفر السميك الداخلي والخارجي، مما يشكل وصلة أنبوب حفر بقطر داخلي يتطابق مع قطر الطرف السميك. كلا القطرين الداخلي والخارجي للوصلة 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 قيود وصلة FH هو قطرها الداخلي الأصغر مقارنة بالقطر الداخلي للأنبوب. في حين أن هذا قد لا يكون مشكلة كبيرة في العديد من عمليات الحفر، إلا أنه يمكن أن يؤثر على معدلات تدفق سوائل الحفر.

أيضًا، على الرغم من تقديم ثلاثة نماذج مختلفة، فإن وصلة FH لها مواصفات سن أقل مقارنة بوصلات أنابيب الحفر الأخرى. وقد يحد ذلك من قدرتها على التكيف مع ظروف حفر معينة أو تكوينات المعدات، مما يتطلب اختيارًا دقيقًا لضمان التوافق والأداء.

4. NC (اتصال مرقم)

يتم إجراء الوصلة المرقمة (NC) لأنابيب الحفر بقوة إنتاج لا تقل عن 75000 رطل لكل بوصة مربعة أو أكثر، وغالبًا ما يشار إليها بأنابيب الحفر عالية القوة. توصي واجهة برمجة التطبيقات (API) باستخدام وصلات NC لأنابيب الحفر عالية القوة نظرًا لمتطلبات التصميم والتوافق القوية.

تم تصميم NCs لربط المسامير والصناديق ذات تسميات الخيوط المتساوية، مما يضمن اتصالاً آمنًا وموثوقًا. وهي قابلة للتبديل إذا كانت رموز التقدير متطابقة، مما يعني أنه إذا كانت خطوة الخيط متشابهة وكانت الخيوط المختلفة متوافقة.

توفر وصلات NC مجموعة متنوعة من الأحجام والتكوينات لتناسب متطلبات وظروف الحفر المختلفة، بدءًا من NC10 إلى NC77. إنها مناسبة لتحمل الالتواء، والضغوط، وحركات منصة 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: يستخدم في بناء آبار المياه للوصول إلى المياه الجوفية.