Ống khoan

Ống khoan là gì?

Ống khoan là thành phần quan trọng của dây khoan dùng trong quá trình khoan dầu khí. Nó là một ống dài, hình ống kéo dài từ bề mặt đến mũi khoan, truyền dung dịch khoan (bùn) và năng lượng cơ học đến mũi khoan đồng thời cung cấp hỗ trợ kết cấu.

Chức năng của ống khoan là gì?

Truyền dung dịch khoan: Ống khoan đóng vai trò là ống dẫn dung dịch khoan, cần thiết để làm mát và bôi trơn mũi khoan, loại bỏ đá vụn và duy trì áp suất giếng khoan.

Truyền chuyển động quay: Ống khoan truyền chuyển động quay từ bàn quay bề mặt hoặc bộ truyền động trên cùng tới mũi khoan, giúp mũi khoan có thể khoan vào đá.

Cung cấp hỗ trợ kết cấu: Nó tăng thêm độ bền và độ cứng cho dây khoan, hỗ trợ mũi khoan và các bộ phận khác khi chúng xuyên qua các hệ tầng dưới bề mặt.

Kết nối các thành phần: Ống khoan kết nối các bộ phận khác nhau của dây khoan, bao gồm vòng khoan, bộ ổn định và các dụng cụ hạ cấp khác, tạo thành một cụm liên tục vươn từ bề mặt đến đáy giếng.

Có bao nhiêu loại ống khoan?

Ống khoan tiêu chuẩn

• Vật liệu: Thường được làm từ thép cường độ cao, chẳng hạn như AISI 4145H hoặc các loại tương tự.
• Thiết kế: Có thành mỏng so với vòng cổ khoan, có độ bền kéo cao để chịu được ứng suất dọc trục và xoắn.

Ống khoan hạng nặng (HWDP)

• Vật liệu: Tương tự như ống khoan tiêu chuẩn nhưng được thiết kế với thành dày hơn và trọng lượng nặng hơn.
• Thiết kế: Được sử dụng làm điểm chuyển tiếp giữa ống khoan tiêu chuẩn và vòng cổ khoan để tăng thêm trọng lượng và độ ổn định.

Ống khoan cao cấp

• Vật liệu: Được làm từ thép hoặc hợp kim cao cấp có tính chất cơ học nâng cao.
• Thiết kế: Bao gồm các quy trình sản xuất và xử lý tiên tiến để cải thiện hiệu suất và độ bền.

Ống khoan không từ tính

• Vật liệu: Được làm từ hợp kim không từ tính để tránh nhiễu với các dụng cụ từ tính trong lỗ khoan.
• Thiết kế: Được sử dụng trong các ứng dụng cần giảm thiểu nhiễu từ.

Thông số kỹ thuật và thiết kế của ống khoan là gì?

Đường kính ngoài (OD): Thông thường dao động từ 2 7/8 inch đến 5 1/2 inch, tùy thuộc vào yêu cầu của giếng và điều kiện khoan.

Đường kính trong (ID): Đường kính trong cho phép dung dịch khoan lưu thông.

Độ dày của tường: Được thiết kế để chịu được các ứng suất gặp phải trong quá trình khoan trong khi vẫn duy trì sự cân bằng giữa sức mạnh và trọng lượng.

Chiều dài: Độ dài tiêu chuẩn thường là 30 đến 40 feet cho mỗi khớp nối, mặc dù độ dài tùy chỉnh có thể được sử dụng dựa trên nhu cầu hoạt động.

Kết nối chủ đề: Các ống khoan được kết nối bằng các kết nối ren, chẳng hạn như ren API (Viện Dầu khí Hoa Kỳ) hoặc ren cao cấp, đảm bảo lắp ráp an toàn và chống rò rỉ.

Các kết nối của ống khoan là gì?

1. REG (Kết nối kiểu thông thường)

Kết nối kiểu thông thường (REG) được thiết kế đặc biệt để kết nối các ống khoan bị lệch bên trong. Kết nối này có đường kính ngoài nhỏ nhất và dẫn đến đường kính ống khoan bên trong nhỏ hơn phần dày của ống khoan và đường kính trong của phần dày của ống khoan nhỏ hơn đường kính bên trong. Kết nối REG được sử dụng cho các kết nối bit trong hoạt động khoan.

Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API 5CT) đã giữ lại tất cả các thông số kỹ thuật cho kết nối REG do tính ứng dụng chuyên biệt và sự phù hợp của nó đối với các kết nối bit.

Thiết kế của nó phù hợp với các yêu cầu và thách thức riêng biệt liên quan đến kết nối bit, khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên của nhiều chuyên gia khoan.

Vì mũi khoan được đặt ở cuối dây khoan nên kết nối REG giúp giảm mức độ tập trung ứng suất trong ren ống khoan so với các loại kết nối khác. Điều đó làm giảm nguy cơ hư hỏng do mỏi và nâng cao độ tin cậy tổng thể của nó.

Kết nối REG chủ yếu dành cho kết nối bit nên có thể không phù hợp với các ứng dụng khoan hoặc cấu hình thiết bị khác. Thiết kế chuyên dụng của nó hạn chế tính linh hoạt của nó so với một số loại kết nối khác.

Khi sử dụng kết nối REG, đường kính ống khoan nhỏ hơn đường kính trong của phần dày do cấu hình kết nối. Mặc dù đây có thể không phải là vấn đề quan trọng đối với các kết nối bit, nhưng nó có thể ảnh hưởng đến tốc độ dòng chất lỏng và xếp hạng áp suất trong các tình huống khoan cụ thể.

2. IF (Kết nối nội bộ)

Kết nối xả bên trong (IF) có đường kính ngoài lớn hơn và kết nối ống khoan dày bên trong và bên ngoài. Mối nối này tạo thành mối nối ống khoan có đường kính trong bằng hoặc gần bằng đường kính của thân ống.

Một trong những ưu điểm chính của kết nối IF là đường kính bên trong nhất quán, đảm bảo tốc độ dòng chất lỏng cao hơn và giảm nguy cơ hạn chế hoặc tắc nghẽn trong quá trình khoan, tăng hiệu quả.

Tuy nhiên, nhược điểm đáng chú ý của kết nối IF là khả năng tập trung ứng suất. Thiết kế của kết nối, đặc biệt là thiết kế răng hình tam giác, có thể dẫn đến các vùng chịu ứng suất cao cục bộ. Điều đó có thể làm tăng nguy cơ hỏng hóc theo thời gian, ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và độ tin cậy của kết nối.

Do các vấn đề tập trung ứng suất liên quan đến kết nối IF và sự phát triển của các thiết kế kết nối mới hơn, cải tiến hơn, Viện Dầu khí Hoa Kỳ (API) đã thay thế các kết nối IF.

3. FH (Kết nối toàn lỗ)

Kết nối toàn lỗ (FH) nối ống khoan dày bên trong và bên ngoài, tạo thành khớp nối ống khoan có đường kính trong khớp với đường kính đầu dày. Cả đường kính bên trong và bên ngoài của kết nối đều nhỏ hơn đường kính bên trong của ống khoan.

Kết nối FH cung cấp ba thông số ren khác nhau, đó là V-0,065, V-0,05 và V-0,040, cung cấp các tùy chọn cho các yêu cầu và điều kiện khoan khác nhau. Tính linh hoạt này làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều hoạt động khoan khác nhau, cho phép linh hoạt và khả năng thích ứng, chẳng hạn như với vòng cổ và mũi khoan.

Một trong những hạn chế của kết nối FH là đường kính trong nhỏ hơn so với đường kính trong của ống. Mặc dù đây có thể không phải là vấn đề lớn trong nhiều hoạt động khoan nhưng nó có thể ảnh hưởng đến tốc độ dòng dung dịch khoan.

Ngoài ra, mặc dù cung cấp ba mẫu khác nhau, kết nối FH có ít thông số ren hơn so với các kết nối ống khoan khác. Điều đó có thể hạn chế khả năng thích ứng của nó với một số điều kiện khoan hoặc cấu hình thiết bị nhất định, đòi hỏi phải lựa chọn cẩn thận để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất.

4. NC (Kết nối được đánh số)

Kết nối được đánh số (NC) được thực hiện cho các ống khoan có cường độ chảy ít nhất 75.000 PSI trở lên, thường được gọi là ống khoan cường độ cao. API khuyến nghị sử dụng kết nối NC cho ống khoan cường độ cao do yêu cầu về thiết kế và khả năng tương thích mạnh mẽ của chúng.

NC được thiết kế để nối các chốt và hộp có ren bằng nhau, đảm bảo kết nối an toàn và đáng tin cậy. Chúng có thể hoán đổi cho nhau nếu mã cấp khớp nhau, nghĩa là nếu bước ren giống nhau và các luồng khác nhau tương thích.

Các kết nối NC có nhiều kích cỡ và cấu hình khác nhau để phù hợp với các yêu cầu và điều kiện khoan khác nhau, từ NC10 đến NC77. Chúng thích hợp để chịu lực xoắn, áp suất và các chuyển động khác nhau của giàn khoan, đảm bảo độ bền và độ tin cậy trong các hoạt động khoan đòi hỏi khắt khe.

Tuy nhiên, loại ren hoặc bước ren không khớp có thể dẫn đến sự cố kết nối, ảnh hưởng đến tính toàn vẹn và độ tin cậy của kết nối. Vì vậy, điều cần thiết là phải kiểm tra với nhà sản xuất khớp nối dụng cụ để đảm bảo tính tương thích của các kết nối NC và loại ren.

Mặc dù các kết nối NC rất linh hoạt và được sử dụng rộng rãi nhưng chúng được thiết kế cho các ống khoan có độ bền cao với cường độ chảy tối thiểu từ 75.000 PSI trở lên. Điều đó giới hạn ứng dụng của chúng đối với các hoạt động khoan cụ thể đòi hỏi thiết bị có độ bền cao.

Các ứng dụng của ống khoan là gì?

Khoan dầu khí: Được sử dụng trong các hoạt động khoan quay để khoan xuyên qua các khối đá và tiếp cận các bể chứa hydrocarbon.

Khoan địa kỹ thuật: Được sử dụng trong các cuộc điều tra địa kỹ thuật để khám phá các điều kiện đất và đá.

Khoan giếng nước: Dùng trong thi công giếng nước để tiếp cận nguồn nước ngầm.