Rura wiertnicza

Co to jest rura wiertnicza?

Rura wiertnicza jest kluczowym elementem przewodu wiertniczego stosowanego w procesie wiercenia ropy i gazu. Jest to długa rurowa rura rozciągająca się od powierzchni do wiertła, przekazująca płyn wiertniczy (błoto) i moc mechaniczną do wiertła, zapewniając jednocześnie wsparcie konstrukcyjne.

Jakie są funkcje rury wiertniczej?

Przesyłanie płynów wiertniczych: Rura wiertnicza służy jako przewód do płynów wiertniczych, które są niezbędne do chłodzenia i smarowania wiertła, usuwania wiórów skalnych i utrzymywania ciśnienia w odwiercie.

Przekazywanie ruchu obrotowego: Rura wiertnicza przenosi ruch obrotowy z powierzchniowego stołu obrotowego lub napędu górnego na wiertło, umożliwiając wiertłu wiercenie w skale.

Zapewnienie wsparcia strukturalnego: Zwiększa wytrzymałość i sztywność przewodu wiertniczego, podtrzymując wiertło i inne elementy podczas penetracji formacji podpowierzchniowych.

Łączenie komponentów: Rura wiertnicza łączy różne części przewodu wiertniczego, w tym kołnierze wiertnicze, stabilizatory i inne narzędzia wiertnicze, tworząc ciągły zespół rozciągający się od powierzchni do dna odwiertu.

Ile rodzajów rur wiertniczych?

Standardowa rura wiertnicza

• Materiał: Zwykle wykonane ze stali o wysokiej wytrzymałości, takiej jak AISI 4145H lub podobnych gatunków.
• Projekt: Charakteryzuje się cienką ścianką w porównaniu z kołnierzami wiertniczymi i dużą wytrzymałością na rozciąganie, aby wytrzymać naprężenia osiowe i skrętne.

Rura wiertnicza o dużej masie (HWDP)

• Materiał: Podobna do standardowej rury wiertniczej, ale zaprojektowana z grubszą ścianką i większą wagą.
• Projekt: Używany jako przejście pomiędzy standardową rurą wiertniczą a kołnierzami wiertniczymi, aby zapewnić dodatkowy ciężar i stabilność.

Wysokiej jakości rura wiertnicza

• Materiał: Wykonane ze stali wysokiej jakości lub stopu o ulepszonych właściwościach mechanicznych.
• Projekt: Obejmuje zaawansowane procesy produkcyjne i zabiegi poprawiające wydajność i trwałość.

Niemagnetyczna rura wiertnicza

• Materiał: Wykonane ze stopów niemagnetycznych, aby uniknąć interferencji z narzędziami magnetycznymi wiertniczymi.
• Projekt: Stosowany w zastosowaniach, w których należy zminimalizować zakłócenia magnetyczne.

Jakie są specyfikacje i konstrukcja rury wiertniczej?

Średnica zewnętrzna (OD): Zwykle waha się od 2 7/8 cala do 5 1/2 cala, w zależności od wymagań odwiertu i warunków wiercenia.

Średnica wewnętrzna (ID): Średnica wewnętrzna umożliwia cyrkulację płuczek wiertniczych.

Grubość ściany: Zaprojektowane tak, aby wytrzymać naprężenia występujące podczas wiercenia, zachowując jednocześnie równowagę pomiędzy wytrzymałością i wagą.

Długość: Standardowe długości wynoszą zwykle od 30 do 40 stóp na złącze, chociaż można zastosować długości niestandardowe w zależności od potrzeb operacyjnych.

Połączenia gwintowe: Rury wiertnicze łączone są za pomocą połączeń gwintowych, takich jak gwinty API (American Petroleum Institute) lub gwinty premium, co zapewnia bezpieczny i szczelny montaż.

Jakie są połączenia rury wiertniczej?

1. REG (zwykłe połączenie)

Złącze zwykłe (REG) zostało specjalnie zaprojektowane do łączenia wewnętrznych rur wiertniczych spęczanych. To połączenie ma najmniejszą średnicę zewnętrzną i powoduje, że wewnętrzna średnica rury wiertniczej jest mniejsza niż pogrubiona część rury wiertniczej, a wewnętrzna średnica pogrubionej części rury wiertniczej jest mniejsza niż średnica wewnętrzna. Złącze REG służy do połączeń bitowych w operacjach wiercenia.

Amerykański Instytut Naftowy (API 5CT) zachował wszystkie specyfikacje połączenia REG, ze względu na jego specjalistyczne zastosowanie i przydatność do połączeń bitowych.

Jego konstrukcja odpowiada unikalnym wymaganiom i wyzwaniom związanym z połączeniami bitów, co czyni go preferowanym wyborem dla wielu profesjonalistów zajmujących się wierceniem.

Ponieważ wiertło znajduje się na końcu przewodu wiertniczego, połączenie REG charakteryzuje się zmniejszoną koncentracją naprężeń w gwincie rury wiertniczej w porównaniu z innymi typami połączeń. Zmniejsza to ryzyko awarii zmęczeniowej i zwiększa jego ogólną niezawodność.

Złącze REG jest przeznaczone głównie do połączeń bitowych, dlatego może nie nadawać się do innych zastosowań wiertniczych lub konfiguracji sprzętu. Specjalna konstrukcja ogranicza jego wszechstronność w porównaniu z niektórymi innymi typami połączeń.

W przypadku stosowania połączeń REG średnica rury wiertniczej jest mniejsza niż średnica wewnętrzna części pogrubionej ze względu na konfigurację połączenia. Chociaż może to nie być znaczący problem w przypadku połączeń bitowych, może mieć wpływ na natężenie przepływu płynu i wartości ciśnienia w poszczególnych scenariuszach wiercenia.

2. IF (podłączenie do spłukiwania wewnętrznego)

Wewnętrzne złącze spłukujące (IF) ma większą średnicę zewnętrzną i łączy zewnętrzną spęcznioną lub wewnętrzną i zewnętrzną pogrubioną rurę wiertniczą. To połączenie tworzy złącze rury wiertniczej o średnicy wewnętrznej identycznej lub prawie równej średnicy korpusu rury.

Jedną z kluczowych zalet połączenia IF jest stała średnica wewnętrzna, która zapewnia większe natężenie przepływu płynu i zmniejsza ryzyko ograniczeń lub zatorów podczas operacji wiercenia, zwiększając wydajność.

Jednakże zauważalną wadą połączenia IF jest możliwość koncentracji naprężeń. Konstrukcja połączenia, w szczególności konstrukcja zęba trójkątnego, może prowadzić do powstania zlokalizowanych obszarów dużych naprężeń. Może to z czasem zwiększyć ryzyko uszkodzenia zmęczeniowego, pogarszając integralność i niezawodność połączenia.

Ze względu na problemy z koncentracją naprężeń związane z połączeniem IF oraz rozwój nowszych, ulepszonych projektów połączeń, Amerykański Instytut Naftowy (API) wymienił połączenia IF.

3. FH (połączenie z pełnym otworem)

Złącze z pełnym otworem (FH) łączy wewnętrzną i zewnętrzną pogrubioną rurę wiertniczą, tworząc złącze rury wiertniczej o średnicy wewnętrznej odpowiadającej średnicy pogrubionego końca. Zarówno średnica wewnętrzna, jak i zewnętrzna przyłącza są mniejsze niż średnica wewnętrzna rury wiertniczej.

Złącze FH oferuje trzy różne specyfikacje gwintów, a mianowicie V-0.065, V-0.05 i V-0.040, zapewniając opcje dla różnych wymagań i warunków wiercenia. Ta wszechstronność sprawia, że jest szeroko stosowany w różnych operacjach wiercenia, zapewniając elastyczność i możliwość dostosowania, na przykład w przypadku kołnierzy wiertarskich i wierteł.

Jednym z ograniczeń złącza FH jest jego mniejsza średnica wewnętrzna w porównaniu do średnicy wewnętrznej rury. Chociaż może to nie być poważnym problemem w wielu operacjach wiertniczych, może mieć wpływ na natężenie przepływu płuczki wiertniczej.

Ponadto, mimo że oferowane są trzy różne modele, złącze FH ma mniejszą specyfikację gwintu w porównaniu do innych połączeń rur wiertniczych. Może to ograniczać możliwość dostosowania do określonych warunków wiercenia lub konfiguracji sprzętu, wymagając starannego doboru w celu zapewnienia kompatybilności i wydajności.

4. NC (połączenie numerowane)

Połączenie numerowane (NC) jest przeznaczone do rur wiertniczych o granicy plastyczności co najmniej 75 000 PSI lub większej, często określanych jako rury wiertnicze o wysokiej wytrzymałości. API zaleca stosowanie połączeń NC do rur wiertniczych o wysokiej wytrzymałości ze względu na ich solidną konstrukcję i wymagania dotyczące kompatybilności.

NC są zaprojektowane tak, aby łączyć sworznie i skrzynki z jednakowymi oznaczeniami gwintów, zapewniając bezpieczne i niezawodne połączenie. Są one wymienne, jeśli kody gatunków są zgodne, co oznacza, że skok gwintu jest podobny i różne gwinty są kompatybilne.

Złącza NC oferują różne rozmiary i konfiguracje, aby spełnić różne wymagania i warunki wiercenia, od NC10 do NC77. Nadają się do przenoszenia obciążeń skrętnych, nacisków i różnych ruchów wiertnicy, zapewniając trwałość i niezawodność w wymagających operacjach wiertniczych.

Jednak niedopasowane typy gwintów lub skoki mogą prowadzić do problemów z połączeniem, pogarszając integralność i niezawodność połączenia. Dlatego ważne jest, aby sprawdzić u producenta złącza narzędzia, czy jest kompatybilny z połączeniami NC i typami gwintów.

Chociaż połączenia NC są wszechstronne i szeroko stosowane, są one przeznaczone do rur wiertniczych o wysokiej wytrzymałości i minimalnej granicy plastyczności wynoszącej 75 000 PSI lub wyższej. Ogranicza to ich zastosowanie do określonych operacji wiertniczych wymagających sprzętu o dużej wytrzymałości.

Jakie są zastosowania rur wiertniczych?

Wiercenie ropy i gazu: Stosowany w operacjach wierceń obrotowych w celu przewiercenia formacji skalnych i dotarcia do złóż węglowodorów.

Wiercenia geotechniczne: Zatrudniony przy badaniach geotechnicznych w celu zbadania stanu gleby i skał.

Wiercenie studni wodnych: Używany do budowy studni zapewniających dostęp do wód gruntowych.