Бурильная труба и утяжелённая бурильная труба (HWDP)

• Вы здесь:
• Главная
• Бурильная труба

Бурильная труба и утяжелённая бурильная труба (HWDP)

Бурильная труба образует основную трубную секцию бурильной колонны: это стальной корпус трубы с утолщёнными концами и приварными замковыми соединениями (tool joint), предназначенный для передачи осевой нагрузки и крутящего момента ротора при одновременной подаче бурового раствора к долоту. При вращении она также испытывает циклический изгиб, внутреннее давление и многократный контакт со стволом скважины или обсадной колонной, поэтому прочность корпуса трубы, переходы утолщений, качество сварки и несущая способность замкового соединения - всё это влияет на эксплуатационные характеристики.

Диапазон поставки бурильных труб

Приведённый ниже диапазон охватывает стандартные бурильные трубы различных размеров, групп прочности, типов утолщения, соединений и конфигураций длины для применения в нефтегазовом бурении.

Позиция поставки	Диапазон бурильных труб
Применимый стандарт	API 5DP
Диапазон размеров	от 2 3/8 до 6 5/8 дюйма
Основные группы прочности	E75, X95, G105, S135
Типы утолщения	IU, EU, IEU
Соединения	NC26, NC31, NC38, NC40, NC46, NC50, 5 1/2 FH, 6 5/8 FH
Диапазон длины	R1, R2, R3

Бурильная труба выбирается как полная конфигурация корпуса трубы и замкового соединения. Наружный диаметр, теоретическая масса и группа прочности определяют основную секцию трубы, тогда как тип утолщения, OD/ID замкового соединения и тип резьбового соединения влияют на передаваемый крутящий момент, площадь внутреннего проходного сечения и наружный зазор.

Стандарт API 5DP

API 5DP определяет технические требования к стальным бурильным трубам, охватывая корпус трубы, утолщённые концы, приварные замковые соединения, группы материала, механические свойства, размеры, контроль и уровни спецификации изделия (PSL). Он служит основной базой для специфицирования обычных бурильных труб, таких как E75, X95, G105 и S135, тогда как нарезание резьбы и калибровка роторных соединений с упорными буртами регламентируются API Spec 7-2.

Параметр	Область действия API 5DP
Стандарт на изделие	API Spec 5DP, 2-е издание
Конструкция	Корпус трубы с утолщёнными концами и приварными замковыми соединениями
Уровни изделия	PSL-1, PSL-2, PSL-3
Основные группы прочности	E75, X95, G105, S135
Группы для сероводородной эксплуатации	SS75, SS95, SS105
Ссылка на соединения	API Spec 7-2
Международная ссылка	ISO 11961:2018

Структура PSL-1, PSL-2 и PSL-3 позволяет назначать дополнительные технические требования в соответствии с программой бурения. Выбранный PSL влияет на квалификацию материала, механические испытания, испытания на ударный изгиб, контроль и документацию, причём жёсткость контроля возрастает с повышением уровня спецификации.

Группы прочности бурильных труб API 5DP

Привычные обозначения E75, X95, G105 и S135 соответствуют последовательно возрастающим уровням предела текучести корпуса трубы. Таблицы свойств бурильной колонны API используют значение 75 ksi для E75, тогда как обозначения X95, G105 и S135 соответствуют минимальным уровням предела текучести 95, 105 и 135 ksi соответственно.

Группа прочности	Минимальный предел текучести	Прибл. в MPa	Типичное соображение при выборе
E75	75 ksi	517 MPa	Конфигурации бурильной колонны меньшей прочности, где требуемые натяжение и крутящий момент остаются в пределах выбранной несущей способности трубы и замкового соединения
X95	95 ksi	655 MPa	Повышенные осевые и крутильные нагрузки при сохранении умеренного уровня прочности
G105	105 ksi	724 MPa	Более высокие нагрузки на бурильную колонну, более глубокие интервалы и ответственные программы наклонно-направленного бурения
S135	135 ksi	931 MPa	Высокие растягивающие и крутильные нагрузки в глубоких, протяжённых или сильно нагруженных бурильных колоннах

Выбор группы прочности определяется фактической нагрузкой, воспринимаемой бурильной колонной. В глубоких или наклонных скважинах вес колонны, крутящий момент, изгиб в интервалах искривления ствола (dogleg), внутреннее давление и усталость действуют совместно, поэтому корпус трубы, замковое соединение и резьбовое соединение необходимо оценивать как единый узел.

Например, данные API RP 7G для бурильной трубы 3 1/2 дюйма, 13.30 lb/ft дают значения крутильного предела текучести корпуса трубы около 23,498 ft-lb для X95, 25,972 ft-lb для G105 и 33,392 ft-lb для S135. С ростом прочности корпуса трубы выбранное замковое соединение и резьбовое соединение должны обладать соответствующей крутильной пропускной способностью, чтобы передавать эту нагрузку по колонне.

Технические характеристики бурильных труб

Спецификации бурильных труб объединяют размер трубы, теоретическую массу, группу прочности, тип утолщения, размеры замкового соединения, тип соединения и диапазон длины. Эти параметры определяют прочность трубы, площадь проходного сечения и совместимость с бурильной колонной.

Размеры и масса бурильных труб

Механические свойства и несущая способность

Механические характеристики бурильной трубы зависят как от корпуса трубы, так и от зоны сварки трением. Таблица сравнивает предел текучести, прочность на растяжение, относительное удлинение, характеристики при изгибе и требования к ударной вязкости по Шарпи для E75, X95, G105 и S135, показывая, как прочность и критерии приёмки зоны сварки меняются в зависимости от группы прочности.

Утяжелённая бурильная труба (HWDP)

Утяжелённая бурильная труба (HWDP), регламентируемая API Spec 7-1, имеет более толстую стенку и большую жёсткость, чем стандартная бурильная труба, оставаясь при этом легче и гибче, чем УБТ (drill collars). Она обычно размещается между бурильными трубами и УБТ или КНБК (BHA), где обеспечивает плавный переход по сечению и жёсткости и воспринимает более высокие сжимающие и изгибающие нагрузки. HWDP может выполняться с приварными замковыми соединениями или в цельной конструкции в зависимости от проекта, а её более тяжёлая средняя секция помогает снизить концентрацию усталостных напряжений в нижней части бурильной колонны.

Типы и характеристики утяжелённых бурильных труб

Утяжелённые бурильные трубы (HWDP) доступны в цельном исполнении, со спиральным утяжелением и в сварном исполнении для соответствия различным нагрузкам и условиям износа бурильной колонны. Основные различия заключаются в конструкции корпуса, геометрии средней секции, компоновке замковых соединений, типе резьбового соединения и внутренних/наружных размерах.

Цельная HWDP, HWDP со спиральным утяжелением, сварная утяжелённая бурильная труба

Материальные спецификации и механические свойства утяжелённых бурильных труб

Утяжелённая бурильная труба изготавливается из легированной стали 4145H с составом Cr-Mo, рассчитанным на повышенные изгибающие и сжимающие нагрузки вблизи КНБК. Представленный материал имеет минимальный предел текучести 758 MPa, прочность на растяжение 965 MPa и относительное удлинение 13%, при твёрдости 285–341 HB и ударной вязкости по Шарпи не менее 54 J.

Технологический процесс производства бурильных труб

Бурильная труба API 5DP изготавливается как два контролируемых элемента: бесшовный корпус трубы и замковые соединения. Корпус трубы сначала прокатывается до требуемых OD и толщины стенки, затем оба конца нагреваются и штампуются в утолщения типа IU, EU или IEU. Утолщение увеличивает сечение вокруг конца трубы и создаёт переход, необходимый для присоединения более тяжёлого замкового соединения. После утолщения корпус трубы проходит термообработку под конкретную группу и правку для достижения требуемых механических свойств E75, X95, G105 или S135. ISO 11961 определяет готовую бурильную трубу именно как изделие с утолщёнными концами корпуса и приварными замковыми соединениями.

Ниппельные и муфтовые замковые соединения изготавливаются отдельно, проходят термообработку и механическую обработку до заданных OD, ID, упорного торца и геометрии роторного резьбового соединения. Затем они привариваются трением к утолщённым концам трубы. После сварки внутренний и наружный грат удаляется, а зона сварки проходит требуемую термическую обработку перед финальным размерным и механическим контролем. API 5DP рассматривает эту сварку как отдельную зону приёмки: для обычных групп E, X, G и S поверхностная твёрдость зоны сварки не должна превышать 37 HRC.

Финальное производство включает нарезание и калибровку резьбы, подтверждение толщины стенки, неразрушающий контроль, размерный контроль и маркировку. API 5DP требует, чтобы толщина стенки каждого корпуса трубы проверялась по всей длине по винтовой или продольной траектории контроля, с отдельным контролем концевых зон, недоступных для автоматического оборудования.

Формовка корпуса трубы → утолщение → термообработка → правка → механическая обработка замковых соединений → сварка трением → обработка зоны сварки → финишная обработка резьбы → неразрушающий и размерный контроль → маркировка

Применение бурильных и утяжелённых бурильных труб

Бурильные и утяжелённые бурильные трубы работают на разных участках бурильной колонны. Стандартные бурильные трубы образуют основную вращающуюся трубную колонну, тогда как HWDP обычно размещается ближе к КНБК, где более высокие сжимающие, изгибающие и контактные нагрузки требуют более тяжёлого и жёсткого сечения.

• Вертикальные и глубокие скважины: стандартные бурильные трубы несут вес подвешенной бурильной колонны и передают крутящий момент от верхнего привода к долоту. HWDP размещается в нижней части колонны, обеспечивая дополнительную прочность сечения и более плавный переход жёсткости перед УБТ.
• Наклонно-направленные участки и участки набора кривизны: бурильная труба многократно изгибается при вращении в интервалах искривления ствола, создавая циклическую усталость в корпусе трубы, переходе утолщения и зоне сварки. HWDP может размещаться вблизи нижней части колонны, где возникают больший изгиб и сжатие, помогая смягчить резкое изменение жёсткости между гибкими бурильными трубами и КНБК.
• Горизонтальные и протяжённые скважины: длинные интервалы контакта со стволом увеличивают крутящий момент, сопротивление движению и износ замковых соединений. Стандартные бурильные трубы обеспечивают основную длину колонны, тогда как HWDP может добавить вес, жёсткость и сжимающую способность вблизи КНБК, улучшая передачу нагрузки через горизонтальный или сильно наклонный участок.
• Бурение с высокой нагрузкой на долото (WOB): часть нижней секции колонны может работать на сжатие при передаче нагрузки на долото. HWDP лучше подходит для этой зоны, чем стандартная бурильная труба, поскольку её более толстая стенка и более тяжёлая средняя секция обеспечивают большее сопротивление изгибающим и сжимающим нагрузкам.
• Циркуляция бурового раствора под высоким давлением: и бурильные трубы, и HWDP подают буровой раствор к КНБК и долоту. ID трубы, ID замкового соединения и геометрия резьбового соединения влияют на доступную площадь проходного сечения и потери давления, тогда как сечение стенки и группа материала определяют механическую пропускную способность колонны.

Для бурения в средах, содержащих H₂S, обычные бурильные трубы API 5DP также могут заказываться с применимыми требованиями для сероводородной эксплуатации SS75, SS95 или SS105. Пригодность HWDP для сероводородной эксплуатации следует подтверждать отдельно с учётом её материальной спецификации, термообработки и требований проекта к среде.

Почему выбирают GNEE для бурильных труб?

Текущий ассортимент бурильных труб GNEE охватывает размеры от 2 3/8 до 6 5/8 дюйма, толщину стенки от 6.5 до 12.7 mm, группы прочности E75/X95/G105/S135 и соединения от NC26 до NC50, а также варианты 5 1/2 FH и 6 5/8 FH.

Для каждой конфигурации мы проверяем корпус трубы вместе с OD/ID замкового соединения, типом утолщения и типом резьбового соединения, поскольку эти размеры напрямую влияют на передаваемый крутящий момент, площадь проходного сечения для бурового раствора и зазоры при прохождении ствола скважины или обсадной колонны. Когда стандартные бурильные трубы и HWDP поставляются для одной колонны, серии соединений и размерные переходы также могут быть согласованы до отгрузки, что снижает проблемы совместимости при сборке на буровой.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос 1: Как покупателям убедиться, что заменяющая бурильная труба подойдёт к существующей бурильной колонне? Ответ: Сопоставьте точное обозначение соединения, OD/ID замкового соединения, OD трубы и теоретическую массу, группу прочности, тип утолщения и базу момента свинчивания. Одинаковый OD трубы или наименование NC-соединения само по себе не определяет полную конфигурацию бурильной трубы.

Вопрос 2: Какое соотношение крутильной прочности бурильной трубы следует проверять при выборе замковых соединений? Ответ: Стандартные конфигурации OD/ID замковых соединений API рассчитаны на соотношение крутильной прочности бурильной трубы 0.80 или выше. Изменение OD или ID замкового соединения может снизить это соотношение, поэтому альтернативные конфигурации следует проверять по требуемому крутящему моменту бурения.

Вопрос 3: Каково требование API 5DP к пропусканию калибра (end drift) на концах бурильной трубы? Ответ: Каждая бурильная труба проходит на концах испытание пропусканием калибра через замковое соединение и участок утолщения с использованием цилиндрического калибра длиной не менее 100 mm (4 дюйма) и диаметром на 3.2 mm (0.125 дюйма) меньше заданного ID ниппельного конца. Пропускание калибра по всей длине данным положением не требуется.

Вопрос 4: Могут ли бурильные трубы API 5DP поставляться с нестандартными размерами замковых соединений или соединениями? Ответ: Да. ISO 11961 допускает бурильные трубы с замковыми соединениями, не соответствующими API/ISO, или альтернативными размерами корпуса и замкового соединения по согласованию между покупателем и изготовителем. Размеры, допуски, маркировка и результирующие характеристики должны быть определены в спецификации закупки.

Вопрос 5: В чём разница между стандартной HWDP и утяжелённой бурильной трубой со спиральным утяжелением? Ответ: Стандартная HWDP использует обычную среднюю секцию с утолщённой стенкой, тогда как спиральная HWDP дополнительно имеет спиральные износостойкие накладки или выступы на корпусе, снижающие постоянный контакт со стволом скважины и улучшающие зазор вокруг трубы. Спиральные конструкции часто рассматриваются для наклонно-направленного или сильно наклонного бурения, где контакт со стенкой, сопротивление движению и износ более значимы.

Запросить цену сейчас!