Vrtací trubka je primární konstrukční a tekutinou vodící součástí vrtací kolony při rotačních vrtacích operacích. Vyrobeno podle specifikace API 5DP, musí současně přenášet točivý moment, přenášet axiální zatížení (tah a tlak) a vést vrtnou kapalinu pod vysokým tlakem – často v odchýlených nebo hlubokých vrtech, kde je zatížení extrémní a následky selhání jsou vážné.
Tento odkaz pokrývá úplnou technickou specifikaci pro vrtné trubky API 5DP: klasifikace jakosti, standardní vnější rozměry a tloušťky stěn, hmotnost na stopu, rozměry spojů nástrojů, délky rozsahů a výběrová kritéria, která řídí rozhodování o jakosti a hmotnostní třídě. ZC Steel Pipe vyrábí vrtné trubky podle API 5DP ve všech standardních jakostech a velikostech, se zkušenostmi s exportem do Afriky, Středního východu a Jižní Ameriky.
OBSAH
Co je vrtací trubka? Definice a funkce
Klasifikace tříd API 5DP
Standardní rozměry vnějšího průměru a tloušťky stěny
Hmotnost vrtné trubky na stopu
Specifikace spoje nástrojů
Délky rozsahů
Těžká vrtací trubka (HWDP)
Průvodce výběrem třídy
FAQ
1. Co je vrtací trubka? Definice a funkce
Vrtná trubka tvoří hlavní tělo vrtné kolony – otočné sestavy, která spojuje povrchové vybavení vrtné soupravy s vrtací korunkou na dně vrtu. Každý spoj vrtné trubky se skládá z trubkového tělesa s pěchovanými konci (se zesílenými stěnovými sekcemi), ke kterým jsou spoje nástrojů přivařeny třením. Klouby nástroje – čep na jednom konci, skříňka na druhém – poskytují závitové spoje, které umožňují montáž a demontáž struny během vypínání.
API 5DP — SPECIFIKACE PRO VRTACÍ POTRUBÍ Specifikace API 5DP je hlavní norma pro vrtné trubky používané při vrtání ropy a zemního plynu. Zahrnuje třídy materiálů, mechanické vlastnosti (mez kluzu, pevnost v tahu, tvrdost), požadavky na rozměry (tolerance vnějšího průměru, tloušťka stěny, přímost tělesa) a kritéria kontroly. Standard je udržován American Petroleum Institute a je celosvětově uznáván jako základní požadavek na kvalitu pro nákup vrtných trubek.
Během vrtání vykonává vrtací kolona čtyři současné funkce: přenáší točivý moment z povrchu na vrták; nese tahové zatížení celé struny visící ve vrtu; vede vrtnou kapalinu směrem dolů skrz vývrt vrtné trubky, aby chladila korunku a odváděla odřezky zpět na povrch; a ve směrových vrtech přenáší zatížení na bitu potřebné k vytvoření sklonu. Každá z těchto funkcí klade odlišné mechanické požadavky, a proto je výběr jakosti kritický.
Poznámka k terénu — Architektura vrtné větve Standardní vrtná trubka se nepoužívá přímo nad vrtákem. Sestava spodních děr (BHA) používá vrtací objímky a těžkou vrtnou trubku (HWDP) jako přechodovou zónu pro zajištění zátěže na bit a snížení únavy v kritickém bodě přechodu. Standardní vrtná trubka je umístěna nad HWDP. Inženýři, kteří specifikují vrtnou trubku pro nový program vrtu, by měli nejprve dimenzovat přechodovou zónu HWDP před dimenzováním hlavní větve.
2. Klasifikace tříd API 5DP
API 5DP definuje čtyři standardní třídy vrtných trubek, z nichž každá se liší minimální mezí kluzu, pevností v tahu a tvrdostí. Volba třídy je primární páka, která řídí pevnost v tahu, torzní pevnost a odolnost proti praskání způsobenému vodíkem (HISC) v kyselém prostředí.
| Stupeň |
min. Mez kluzu (psi) |
Max. Mez kluzu (psi) |
Min. Pevnost v tahu (psi) |
Max. Tvrdost (HRC) |
Typické použití |
| E75 |
75 000 |
105 000 |
100 000 |
— |
Mělké až střední jamky, nízká expozice H₂S |
| X95 |
95 000 |
125 000 |
105 000 |
— |
Středně hluboké vrty, střední požadavky na krouticí moment |
| G105 |
105 000 |
135 000 |
115 000 |
— |
Hluboké vrty, směrové vrtání s vysokým kroutícím momentem |
| S135 |
135 000 |
165 000 |
145 000 |
— |
Ultra hluboké jímky s prodlouženým dosahem a HPHT |
Omezení kritického technického bodu – Sour Service (H₂S) Vysokopevnostní třídy (G105 a S135) jsou náchylné k praskání sulfidovým napětím (SSC) v prostředích obsahujících sirovodík (H2S). Tam, kde podmínky vrtů vyžadují kyselou službu v souladu s NACE MR0175 / ISO 15156, je obvykle nejvyšší přípustná třída E75. Specifikace G105 nebo S135 v jímkách obsahujících H₂S bez materiálu kvalifikovaného pro SSC je známým způsobem selhání. Před specifikováním třídy vždy ověřte použitelnost kyselého servisu u svého vrtače.
Identifikační značky
API 5DP vyžaduje, aby byla vrtná trubka označena šablonou na těle trubky: jménem nebo značkou výrobce, monogramem API (je-li licencován), označením třídy, číslem tepla/šarže a velikostí (OD × tloušťka stěny). Klouby nástrojů jsou samostatně označeny OD, vrtáním a typem připojení. Tato označení jsou primárním prostředkem identifikace v terénu – ověřte si je při příjmu před zasunutím potrubí do otvoru.
3. Standardní velikosti vnějšího průměru a tloušťky stěny
API 5DP pokrývá vrtné trubky ve jmenovitých průměrech od 2-3/8 palce do 6-5/8 palce. Pro každý vnější průměr je specifikována jedna nebo více jmenovitých tlouštěk stěny, což vede k různým hmotnostním třídám. Níže uvedená tabulka obsahuje nejpoužívanější kombinace velikostí a hmotností v komerčních vrtacích operacích.
| Jmenovitý vnější průměr (v) |
Tolerance vnějšího průměru |
Jmenovitá tloušťka stěny (v) |
Hmotnostní třída |
ID (přibližně, v) |
Plocha průřezu (v²) |
| 2-3/8 |
+0,031 / -0,031 |
0.280 |
Norma |
1.815 |
1.812 |
| 2-7/8 |
+0,031 / -0,031 |
0.362 |
Norma |
2.151 |
2.858 |
| 3-1/2 |
+0,031 / -0,031 |
0.368 |
Norma |
2.764 |
3.621 |
| 4 |
+0,031 / -0,031 |
0.330 |
Norma |
3.340 |
3.805 |
| 4-1/2 |
+0,031 / -0,031 |
0.337 |
Norma |
3.826 |
4.407 |
| 5 |
+0,031 / -0,031 |
0.362 |
Norma |
4.276 |
5.275 |
| 5-1/2 |
+0,031 / -0,031 |
0.415 |
Norma |
4.670 |
6.630 |
| 5-7/8 |
+0,031 / -0,031 |
0.500 |
Norma |
4.875 |
8.449 |
| 6-5/8 |
+0,047 / -0,047 |
0.500 |
Norma |
5.625 |
9.598 |
Engineering Insight — Volba vnějšího průměru a hydraulika Výběr vnějšího průměru vrtné trubky je omezen jak programem opláštění (trubka musí projít předchozí kolonou pažnice), tak hydraulikou (prstencová rychlost musí být dostatečná pro zvedání odřezků). Pro daný vnitřní průměr pláště zlepšuje větší vnější průměr vrtné trubky torzní a tažnou kapacitu, ale snižuje prstencovou vůli. Většina hlubokovodních programů používá 5palcovou nebo 5-1/2palcovou vrtnou trubku v hlavní větvi jako rovnováhu mezi hydraulickým výkonem a mechanickou pevností.
4. Hmotnost vrtací trubky na stopu
Hmotnost vrtné trubky je vyjádřena jako nominální hmotnost v librách na stopu (lb/ft) a je kritickým vstupem pro výpočty zatížení háku, výpočty vztlaku a analýzu vzpěru. Jmenovitá hmotnost zahrnuje hmotnost těla trubky plus přídavek na pěchované konce a spoje nástroje, zprůměrované na délku spoje.
| Jmenovitý vnější průměr (in) |
Jmenovitá stěna (in) |
Jmenovitá hmotnost (lb/ft) |
Hmotnost na rovném konci (lb/ft) |
Přibl. Délka spoje (ft) |
Přibl. Hmotnost kloubu (lb) |
| 2-3/8 |
0.280 |
6.65 |
6.26 |
30 |
~200 |
| 2-7/8 |
0.362 |
10.40 |
9.72 |
30 |
~312 |
| 3-1/2 |
0.368 |
13.30 |
12.31 |
30 |
~399 |
| 4 |
0.330 |
14.00 |
12.93 |
30 |
~420 |
| 4-1/2 |
0.337 |
16.60 |
15.00 |
30 |
~498 |
| 5 |
0.362 |
19.50 |
17.93 |
30 |
~585 |
| 5-1/2 |
0.415 |
24.70 |
22.54 |
30 |
~741 |
| 6-5/8 |
0.500 |
33.93 |
31.03 |
30 |
~1,018 |
Poznámka k nákupu – účtování hmotnosti Při výpočtu celkové hmotnosti vrtné kolony pro posouzení způsobilosti soupravy použijte nominální hmotnost (nikoli hmotnost hladkého konce) pro tělo trubky a skutečnou hmotnost kloubu nástroje přidejte samostatně. Hmotnost spoje nástroje může u trubky menšího průměru představovat 10–20 % celkové hmotnosti spoje. Prodejci uvádějící 'upravenou hmotnost' mohou příspěvek kloubu nástroje zahrnout odlišně — vždy si ověřte základnu před vložením do vašeho modelu zatížení hákem.
5. Specifikace spojů nástrojů
Nástrojové spoje jsou závitové spojovací prvky na každém konci spoje vrtné trubky. Čep (vnější závit) je na spodním konci; krabička (vnitřní závit) je na horním konci. Nástrojové spoje jsou vyráběny samostatně z vysoce legované oceli (typicky modifikovaná AISI 4145H) a třením přivařeny k pěchovaným koncům trubek. Musí být tvrdší a pevnější než tělo trubky, aby odolalo opakovaným cyklům doplňování a vylamování, ke kterým dochází po dobu životnosti trubky.
OD a ID kloubu nástroje
Vnější vnější průměr kloubu nástroje musí být dostatečně velký, aby poskytoval přiměřenou torzní pevnost, ale dostatečně malý, aby prošel strunou pláště a nevytvářel nadměrné omezení ekvivalentní cirkulační hustoty (ECD) v prstenci. ID kloubu nástroje musí být dostatečné pro cílové průtoky bez nadměrného poklesu tlaku.
| Vnější průměr potrubí (v) |
Typický TJ OD (v) |
Typický TJ ID (v) |
Společný typ připojení Poměr |
TJ OD/Vnější průměr potrubí |
| 2-3/8 |
3-1/2 |
1-3/8 |
NC26 |
1.47 |
| 2-7/8 |
3-3/4 |
1-3/4 |
NC31 |
1.30 |
| 3-1/2 |
4-3/4 |
2-1/4 |
NC38 |
1.36 |
| 4 |
5-1/4 |
2-9/16 |
NC40 / NC46 |
1.31 |
| 4-1/2 |
6-1/4 |
3 |
NC46 / NC50 |
1.39 |
| 5 |
6-5/8 |
3-1/4 |
NC50 |
1.33 |
| 5-1/2 |
7-1/4 |
3-1/2 |
5-1/2 FH |
1.32 |
| 6-5/8 |
8-1/4 |
4 |
6-5/8 FH |
1.24 |
Profily závitových spojů nástrojů
Dominantním profilem závitu pro spoje vrtacích trubek je API Rotary Shouldered Connection (RSC), konkrétně řada Numbered Connection (NC). NC spoje jsou označeny dvoumístným číslem, které se přibližně rovná střednímu průměru závitu čepu v desetinách palce. Spoje s plným otvorem (FH) se používají na trubkách s větším průměrem, kde je vyžadován maximální vnitřní průměr. Prémiová připojení bez API (např. Grant Prideco XT, TenarisHydril Blue) nabízejí zvýšenou kapacitu točivého momentu pro vysoce výkonné aplikace, ale vyžadují licencování od výrobců připojení.
6. Délky rozsahů
API definuje tři kategorie rozsahů délek pro vrtné trubky. Volba rozsahu ovlivňuje vypínací rychlost (delší spoje = méně spojů k vytvoření/rozbití), požadavky na výšku stojanu v derricku a specifikace zařízení pro manipulaci s potrubím.
Rozsah 1 (R1)
Délka:
18 – 22 stop (5,5 – 6,7 m)
Typické použití:
Mělké vrty, operace se stočenými trubkami, práce
Poznámka:
V moderním rotačním vrtání se používá zřídka
Rozsah 2 (R2)
Délka:
27 – 30 stop (8,2 – 9,1 m)
Typické použití:
Standardní rotační vrtání na pevnině a na moři
Poznámka:
Výchozí průmyslová hodnota; Více než 95 % zásilek vrtných trubek
Rozsah 3 (R3)
Délka:
38 – 45 stop (11,6 – 13,7 m)
Typické použití:
Hluboké vrty, vrty s prodlouženým dosahem a velmi hluboké vrty
Poznámka:
Vyžaduje vysoký jeřáb a dvojitý/trojitý stojan
Inženýrský přehled — Úspora času výjezdu u řady 3 Na vrtu o délce 20 000 stop s použitím spojů řady 2 o délce 30 stop existuje přibližně 667 spojení pro vyskočení z díry. Stejná studna s klouby Range 3 (průměr 42 stop) vyžaduje pouze ~476 spojení – snížení o téměř 30 %. Při 3–5 minutách na připojení to představuje 3–6 ušetřených hodin na cestu. Pro hlubinné operace, kde denní sazby vrtné soupravy překračují 500 000 USD, má přijetí Range 3 jasné ekonomické opodstatnění navzdory požadavku na vyšší výšku vrtných věží.
7. Těžká vrtací trubka (HWDP)
Heavy Weight Drill Pipe (HWDP) zabírá přechodovou zónu mezi vrtacími nákružky ve spodní části BHA a standardní vrtací trubkou nahoře. Vzhledově se podobá standardní vrtné trubce, ale má výrazně silnější stěnu, středový výčnělek (otěrovou podložku) uprostřed těla trubky a nástrojové spoje s větším průměrem. Jeho primární funkcí je snížit únavové poruchy, ke kterým dochází při přechodu z tuhé části vrtacího límce na pružnější standardní vrtnou trubku.
| Jmenovitý vnější průměr (v) |
Tloušťka stěny (v) |
Jmenovitá hmotnost (lb/ft) |
Vnitřní průměr (v) |
Délka spoje (ft) |
Přibl. Hmotnost kloubu (lb) |
| 3-1/2 |
0.615 |
25.3 |
2.25 |
30 |
~759 |
| 4 |
0.670 |
30.0 |
2.56 |
30 |
~900 |
| 4-1/2 |
0.750 |
41.0 |
3.00 |
30 |
~1,230 |
| 5 |
0.750 |
49.3 |
3.50 |
30 |
~1,479 |
| 5-1/2 |
0.750 |
55.0 |
4.00 |
30 |
~1,650 |
Poznámka k terénu – Délka struny HWDP Průmyslové pravidlo vyžaduje minimální úsek HWDP 30–40 spojů (přibližně 900–1 200 stop) nad vrtacími objímkami. Ve směrových vrtech s vysokou závažností doglegu se delší sekce HWDP používají k ochraně přechodové zóny před cyklickou ohybovou únavou. Nedostatečně specifikovaná délka HWDP je běžnou příčinou únavového selhání vrtné kolony v horní části BHA.
8. Průvodce výběrem třídy
Výběr třídy zahrnuje vyvážení pevnosti v tahu, torzní pevnosti, odolnosti proti únavě a kompatibility s kyselým provozem s cenou. Následující matice shrnuje primární výběrové ovladače pro každý stupeň API 5DP.
| Faktor výběru |
E75 |
X95 |
G105 |
S135 |
| Mělké studny (<8 000 stop) |
Preferováno |
Přijatelný |
Overspec |
Overspec |
| Střední vrty (8 000–15 000 stop) |
Okrajový |
Preferováno |
Přijatelný |
Overspec |
| Hluboké vrty (>15 000 stop) |
Nedostatečná |
Okrajový |
Preferováno |
Preferováno |
| Jamky s rozšířeným dosahem / ERD |
Nedostatečná |
Okrajový |
Přijatelný |
Preferováno |
| Kyselá obsluha (přítomnost H₂S) |
Kvalifikovaný |
Ověřte NACE |
Nedoporučuje se |
Nedoporučuje se |
| HPHT studny |
Nedostatečná |
Nedostatečná |
Okrajový |
Preferováno |
| Citlivost na náklady |
Nejnižší náklady |
Nízko-střední |
Mírný |
Nejvyšší náklady |
Kritický inženýrský bod – nezaměřujte se na úspory nákladů Výběr nižší třídy pro snížení počátečních nákladů je jednou z nejzávažnějších chyb při nákupu vrtných trubek. Řetězec Grade E75, který selže v hloubce ve studni o hloubce 15 000 stop, stojí řádově více při rybolovných operacích, potenciální vedlejší stopě a době návazce, než je cenový rozdíl mezi E75 a X95 u původní objednávky. Mechanické výpočty dimenzování provedené kvalifikovaným vrtným technikem by měly vždy předcházet výběru třídy na všech hloubkách mimo běžné mělké hloubky.
9. Často kladené otázky
Jaké jsou standardní třídy vrtných trubek podle API 5DP?
API 5DP specifikuje čtyři standardní třídy vrtných trubek: E75 (minimální výnos 75 000 psi), X95 (minimální výnos 95 000 psi), G105 (minimální výnos 105 000 psi) a S135 (minimální výnos 135 000 psi). Výběr jakosti závisí na hloubce vrtu, směrové složitosti a požadované torzní a tahové kapacitě. S135 je nejvyšší komerčně dostupná standardní třída a používá se pro náročné aplikace s rozšířeným dosahem a HPHT.
Jaké velikosti vnějšího průměru jsou k dispozici pro vrtné trubky API?
Standardní velikosti vnějšího průměru vrtné trubky API 5DP se pohybují od 2-3/8 palce až 6-5/8 palce. Nejčastěji používané velikosti při vrtání ropy a plynu jsou 3-1/2 palce, 4 palce, 4-1/2 palce a 5 palců. Větší velikosti, jako je 5-1/2 palce a 5-7/8 palce, jsou určeny pro aplikace s vysokým průtokem nebo vysokým točivým momentem, kde je vyžadován větší otvor.
Jaký je rozdíl mezi délkami vrtných trubek?
API definuje tři délky rozsahu: Rozsah 1 (18–22 stop), Rozsah 2 (27–30 stop) a Rozsah 3 (38–45 stop). Řada 2 je průmyslovým standardem pro velkou většinu rotačních vrtacích operací. Rozsah 3 je určen pro hlubinné a ultrahluboké vrty, kde méně připojení na cestu významně snižuje neproduktivní dobu vrtání.
Jaké klasifikace tloušťky stěny existují pro vrtné trubky?
Standardní vrtná trubka používá nominální tloušťku stěny v rozmezí od 0,280 palce (2-3/8 vnější průměr) do 0,500 palce (5-7/8 a 6-5/8 vnější průměr) v závislosti na velikosti. Heavy Weight Drill Pipe (HWDP) používá výrazně silnější stěny – obvykle 0,615 až 0,750 palce pro stejný rozsah vnějšího průměru – spolu s centrální otěrovou podložkou a většími spoji nástrojů. HWDP je specifikován pro přechodovou zónu nad vrtacími manžetami, aby se snížily únavové poruchy.
Je vrtná trubka stejná jako vrtná trubka?
Ano – 'vrtací trubka' a 'vrtací trubka' se v tomto odvětví používají zaměnitelně. Oba termíny se týkají spojů dutých ocelových trubek, které tvoří hlavní tělo vrtací kolony při rotačním vrtání. Oficiální standard API je nazván 'Specifikace pro Drill Pipe' (API 5DP). Termín 'vrtání potrubí' je běžnější na neanglicky mluvících trzích a v přeložených dokumentech o veřejných zakázkách.
Vyžádejte si specifikace a cenu vrtací trubky
Společnost ZC Steel Pipe vyrábí vrtné trubky API 5DP ve všech standardních jakostech (E75, X95, G105, S135) a velikostech vnějšího průměru, přičemž je k dispozici řada 2 a řada 3. Jako výrobce na zakázku se sídlem v Hai'an City v Číně sloužíme dodavatelům vrtání a kupujícím OCTG v Africe, na Středním východě a v Jižní Americe.
Kontaktujte nás s požadavky na program studní – jakost, vnější průměr, tloušťka stěny, délka sortimentu, množství a místo určení – a náš technický tým vám odpoví specifikacemi a konkurenční nabídkou.
mandy. w@zcsteelpipe.com | WhatsApp: +86-139-1579-1813
→ Vyžádejte si cenovou nabídku
