Vŕtacie potrubie je primárnym konštrukčným a kvapalinovodným komponentom vrtnej kolóny pri rotačných vŕtacích operáciách. Vyrobené podľa špecifikácie API 5DP, musí súčasne prenášať krútiaci moment, prenášať axiálne zaťaženie (ťah a stlačenie) a viesť vrtnú kvapalinu pod vysokým tlakom – často v odchýlených alebo hlbokých vrtoch, kde je zaťaženie extrémne a následky zlyhania sú vážne.
Táto referencia zahŕňa úplnú technickú špecifikáciu pre vrtné rúry API 5DP: klasifikácie akosti, štandardné OD veľkosti a hrúbky steny, hmotnosť na stopu, rozmery spojov nástrojov, rozsah dĺžok a výberové kritériá, ktoré riadia rozhodnutia o triede a hmotnostnej triede. ZC Steel Pipe vyrába vrtné rúry podľa API 5DP vo všetkých štandardných stupňoch a veľkostiach, so skúsenosťami s exportom do Afriky, Stredného východu a Južnej Ameriky.
OBSAH
Čo je vŕtacia rúrka? Definícia a funkcia
Klasifikácia tried API 5DP
Štandardné veľkosti OD a hrúbky steny
Hmotnosť vŕtacej rúry na stopu
Špecifikácie spojov nástrojov
Dĺžky rozsahu
Ťažká vŕtacia rúra (HWDP)
Sprievodca výberom triedy
FAQ
1. Čo je vŕtacia rúrka? Definícia a funkcia
Vŕtacie potrubie tvorí hlavné telo vrtnej kolóny – rotačnej zostavy, ktorá spája povrchové vybavenie vrtnej súpravy s vrtákom na dne vrtu. Každý spoj vrtnej rúrky pozostáva z telesa rúrky s upchatými koncami (zosilnené časti steny), ku ktorým sú spoje nástrojov privarené trením. Spoje nástrojov – kolík na jednom konci, krabica na druhom – poskytujú závitové spojenia, ktoré umožňujú montáž a demontáž struny počas vypínania.
API 5DP – ŠPECIFIKÁCIA PRE VRTNÉ POTRUBIE Špecifikácia API 5DP je hlavný štandard pre vrtné potrubia používané pri ťažbe ropy a zemného plynu. Zahŕňa triedy materiálov, mechanické vlastnosti (medza klzu, pevnosť v ťahu, tvrdosť), rozmerové požiadavky (tolerancie OD, hrúbka steny, rovnosť tela) a kontrolné kritériá. Normu udržiava American Petroleum Institute a je celosvetovo uznávaná ako základná kvalitatívna požiadavka pre obstarávanie vrtných rúr.
Počas vŕtania vŕtacia kolóna vykonáva štyri súčasné funkcie: prenáša rotačný moment z povrchu na vrták; nesie ťahové zaťaženie celej struny visiacej vo vrte; vedie vrtnú kvapalinu smerom dole cez vývrt vrtnej rúrky, aby ochladzovala korunku a odvádzala odrezky späť na povrch; a v smerových vrtoch prenáša zaťaženie na bite potrebné na vytvorenie sklonu. Každá z týchto funkcií kladie odlišné mechanické požiadavky, a preto je výber triedy kritický.
Poznámka k terénu — Architektúra vrtných strún Štandardná vrtná rúrka sa nepoužíva priamo nad vrtákom. Zostava spodnej diery (BHA) využíva vrtné objímky a ťažkú vŕtaciu rúrku (HWDP) ako prechodovú zónu, ktorá poskytuje váhu na bite a znižuje únavu v kritickom bode prechodu. Štandardná vrtná rúra je umiestnená nad HWDP. Inžinieri, ktorí špecifikujú vrtné potrubie pre nový program vrtu, by mali najskôr dimenzovať prechodovú zónu HWDP pred dimenzovaním hlavnej kolóny.
2. Klasifikácia tried API 5DP
API 5DP definuje štyri štandardné triedy vrtných rúr, z ktorých každá sa líši podľa minimálnej medze klzu, pevnosti v ťahu a tvrdosti. Výber triedy je primárna páka, ktorá riadi pevnosť v ťahu, torznú pevnosť a odolnosť voči praskaniu spôsobenému vodíkom (HISC) v kyslom prostredí.
| Stupeň |
min. Medza klzu (psi) |
Max. Medza klzu (psi) |
Min. Pevnosť v ťahu (psi) |
Max. Tvrdosť (HRC) |
Typická aplikácia |
| E75 |
75 000 |
105 000 |
100 000 |
— |
Plytké až stredné jamky, nízka expozícia H₂S |
| X95 |
95 000 |
125 000 |
105 000 |
— |
Stredne hlboké vrty, mierne požiadavky na krútiaci moment |
| G105 |
105 000 |
135 000 |
115 000 |
— |
Hlboké vrty, smerové vŕtanie s vysokým krútiacim momentom |
| S135 |
135 000 |
165 000 |
145 000 |
— |
Ultra hlboké jamky s predĺženým dosahom a HPHT |
Kritický technický bod – kyslá prevádzka (H₂S) Obmedzenia Vysokopevnostné triedy (G105 a S135) sú náchylné na praskanie sulfidovým napätím (SSC) v prostrediach obsahujúcich sírovodík (H2S). Tam, kde podmienky studne vyžadujú zhodu s kyslou prevádzkou podľa NACE MR0175 / ISO 15156, je zvyčajne maximálnou povolenou triedou stupeň E75. Určenie G105 alebo S135 v jamkách obsahujúcich H₂S bez materiálu kvalifikovaného pre SSC je známym spôsobom zlyhania. Pred špecifikovaním triedy si vždy u svojho vŕtacieho technika overte použiteľnosť kyslej služby.
Identifikačné značky
API 5DP vyžaduje, aby bola vrtná rúra označená šablónou na tele rúrky: názvom alebo značkou výrobcu, monogramom API (ak je licencovaný), označením triedy, číslom tepla/šarže a veľkosťou (OD × hrúbka steny). Spoje nástrojov sú samostatne označené vonkajším priemerom, otvorom a typom pripojenia. Tieto označenia sú hlavnými prostriedkami identifikácie v teréne – overte si ich pri prevzatí pred spustením potrubia do otvoru.
3. Štandardné OD veľkosti a hrúbky steny
API 5DP pokrýva vrtné rúrky s nominálnymi vonkajšími rozmermi od 2-3/8 palca do 6-5/8 palca. Pre každý vonkajší priemer je špecifikovaná jedna alebo viac nominálnych hrúbok steny, čím sa získajú rôzne hmotnostné triedy. Nižšie uvedená tabuľka obsahuje najpoužívanejšie kombinácie veľkostí a hmotnosti v komerčných vŕtacích operáciách.
| Nominálny OD (v) |
Tolerancia OD |
Nominálna hrúbka steny (v) |
Hmotnostná trieda |
ID (približne, v) |
Plocha prierezu (v²) |
| 2-3/8 |
+0,031 / -0,031 |
0.280 |
Štandardné |
1.815 |
1.812 |
| 2-7/8 |
+0,031 / -0,031 |
0.362 |
Štandardné |
2.151 |
2.858 |
| 3-1/2 |
+0,031 / -0,031 |
0.368 |
Štandardné |
2.764 |
3.621 |
| 4 |
+0,031 / -0,031 |
0.330 |
Štandardné |
3.340 |
3.805 |
| 4-1/2 |
+0,031 / -0,031 |
0.337 |
Štandardné |
3.826 |
4.407 |
| 5 |
+0,031 / -0,031 |
0.362 |
Štandardné |
4.276 |
5.275 |
| 5-1/2 |
+0,031 / -0,031 |
0.415 |
Štandardné |
4.670 |
6.630 |
| 5-7/8 |
+0,031 / -0,031 |
0.500 |
Štandardné |
4.875 |
8.449 |
| 6-5/8 |
+0,047 / -0,047 |
0.500 |
Štandardné |
5.625 |
9.598 |
Inžiniersky pohľad — Voľba OD a hydraulika Voľba OD vŕtacej rúry je obmedzená programom plášťa (rúrka musí prejsť cez predchádzajúci reťazec plášťa) a hydraulikou (prstencová rýchlosť musí byť dostatočná na zdvíhanie odrezkov). Pre daný ID plášťa, väčší vonkajší priemer vrtnej rúrky zlepšuje torznú a ťahovú kapacitu, ale znižuje prstencovú vôľu. Väčšina hlbokomorských programov používa 5-palcovú alebo 5-1/2-palcovú vŕtaciu rúrku v hlavnej kolóne ako rovnováhu medzi hydraulickým výkonom a mechanickou pevnosťou.
4. Hmotnosť vŕtacej rúry na stopu
Hmotnosť vrtnej rúry je vyjadrená ako nominálna hmotnosť v librách na stopu (lb/ft) a je kritickým vstupom pre výpočty zaťaženia háku, výpočty vztlaku a analýzu vzperu. Nominálna hmotnosť zahŕňa telesnú hmotnosť rúry plus toleranciu pre upnuté konce a spoje nástrojov, spriemerované na dĺžku spoja.
| Nominálny vonkajší priemer (in) |
Nominálna stena (in) |
Nominálna hmotnosť (lb/ft) |
Hmotnosť s hladkým koncom (lb/ft) |
Pribl. Dĺžka spoja (ft) |
Pribl. Hmotnosť kĺbu (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 obstarávaniu — Účtovanie hmotnosti Pri výpočte celkovej hmotnosti vrtnej kolóny na posúdenie spôsobilosti súpravy použite nominálnu hmotnosť (nie hmotnosť hladkého konca) pre telo rúry a skutočnú hmotnosť spoja nástroja pridajte samostatne. Hmotnosť spoja nástroja môže predstavovať 10–20 % celkovej hmotnosti spoja na rúre menšieho priemeru. Predajcovia, ktorí uvádzajú 'upravenú hmotnosť' môžu zahŕňať príspevok kĺbu náradia odlišne — vždy si overte základ pred vložením do vášho modelu hákového zaťaženia.
5. Špecifikácie spojov nástrojov
Nástrojové spoje sú závitové spojovacie prvky na každom konci spoja vŕtacej rúrky. Čap (vonkajší závit) je na spodnom konci; krabica (vnútorný závit) je na hornom konci. Spoje nástrojov sú vyrábané oddelene z vysokolegovanej ocele (typicky modifikovaná AISI 4145H) a na upnuté konce rúr sú privarené trením. Musia byť tvrdšie a pevnejšie ako telo rúry, aby odolali opakovaným cyklom vytvárania a vylamovania, ktoré sa vyskytujú počas životnosti rúry.
OD a ID spoja nástroja
OD spoja nástroja musí byť dostatočne veľká, aby poskytovala primeranú torznú pevnosť, ale dostatočne malá na to, aby prešla cez reťazec plášťa a nevytvárala nadmerné obmedzenia ekvivalentnej cirkulačnej hustoty (ECD) v prstenci. ID spoja nástroja musí byť dostatočné pre cieľové prietoky bez nadmerného poklesu tlaku.
| OD potrubia (v) |
Typický TJ OD (v) |
Typický TJ OD (v) |
Spoločný typ pripojenia Pomer |
TJ OD/Vonkajší priemer potrubia |
| 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 spojov nástrojov
Dominantným profilom závitu pre spoje nástrojov vŕtacích rúrok je API Rotary Shouldered Connection (RSC), konkrétne séria Numbered Connection (NC). NC spojenia sú označené dvojciferným číslom, ktoré sa približne rovná priemeru stúpania kolíkového závitu v desatinách palca. Pripojenie s plným otvorom (FH) sa používa na potrubí s väčším vonkajším priemerom, kde sa vyžaduje maximálny priemer otvoru. Prémiové pripojenia bez API (napr. Grant Prideco XT, TenarisHydril Blue) ponúkajú zvýšenú kapacitu krútiaceho momentu pre vysokovýkonné aplikácie, ale vyžadujú si licenciu od výrobcov pripojení.
6. Dĺžky rozsahu
API definuje tri kategórie dĺžok rozsahu pre vrtnú rúru. Voľba rozsahu ovplyvňuje rýchlosť vypínania (dlhšie spoje = menej spojov na vytvorenie/rozbitie), požiadavky na výšku stojana v derricku a špecifikácie zariadenia na manipuláciu s rúrkami.
Rozsah 1 (R1)
Dĺžka:
18 – 22 stôp (5,5 – 6,7 m)
Typické použitie:
Plytké vrty, operácie so stočenými hadicami, prepracovanie
Poznámka:
Pri modernom rotačnom vŕtaní sa používa zriedka
Rozsah 2 (R2)
Dĺžka:
27 – 30 stôp (8,2 – 9,1 m)
Typické použitie:
Štandardné rotačné vŕtanie na pevnine a na mori
Poznámka:
Predvolené nastavenie v odvetví; 95 %+ zásielok vrtných rúr
Rozsah 3 (R3)
Dĺžka:
38 – 45 stôp (11,6 – 13,7 m)
Typické použitie:
Hlboké vrty, s predĺženým dosahom a ultra hlboké vrty
Poznámka:
Vyžaduje vysoký vežový žeriav a dvojité/trojité stojanové regály
Inžiniersky pohľad — Úspora času cesty 3 Na studni s dĺžkou 20 000 stôp s použitím spojov 30 stôp radu 2 je približne 667 spojení na vyskočenie z otvoru. Rovnaká studňa s kĺbmi Range 3 (priemer 42 stôp) vyžaduje iba ~476 spojení – zníženie o takmer 30 %. Pri 3–5 minútach na spojenie to predstavuje 3–6 ušetrených hodín na cestu. Pri hlbokomorských operáciách, kde denné sadzby vrtnej súpravy presahujú 500 000 USD, má prijatie Range 3 jasné ekonomické opodstatnenie napriek požiadavke na vyššiu výšku veže.
7. Ťažká vŕtacia rúra (HWDP)
Heavy Weight Drill Pipe (HWDP) zaberá prechodovú zónu medzi vrtnými objímkami v spodnej časti BHA a štandardným vrtným potrubím nad ním. Vizuálne je podobná štandardnej vŕtacej rúre, ale má výrazne hrubšiu stenu, stredový výčnelok (oterová podložka) v strede tela rúry a spoje nástrojov s väčším priemerom. Jeho primárnou funkciou je zníženie únavových porúch, ktoré sa vyskytujú pri prechode z pevnej časti vrtnej manžety na pružnejšiu štandardnú vrtnú rúru.
| Nominálny vonkajší priemer (v) |
Hrúbka steny (v) |
Nominálna hmotnosť (lb/ft) |
Vnútorný priemer (v) |
Dĺžka spoja (ft) |
Pribl. Hmotnosť kĺbu (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 – HWDP String Length Priemyselné pravidlo vyžaduje minimálnu HWDP sekciu 30–40 spojov (približne 900–1 200 stôp) nad vrtákmi. V smerových vrtoch s vysokou závažnosťou doglegov sa na ochranu prechodovej zóny pred cyklickou ohybovou únavou používajú dlhšie úseky HWDP. Nedostatočne špecifikovaná dĺžka HWDP je bežnou príčinou únavového zlyhania vrtnej kolóny v hornej časti BHA.
8. Sprievodca výberom triedy
Výber triedy zahŕňa vyváženie pevnosti v ťahu, torznej pevnosti, odolnosti proti únave a kompatibility s kyslou prevádzkou voči nákladom. Nasledujúca matica sumarizuje primárne výberové ovládače pre každý stupeň API 5DP.
| Faktor výberu |
E75 |
X95 |
G105 |
S135 |
| Plytké studne (<8 000 stôp) |
Preferované |
Prijateľné |
Overspec |
Overspec |
| Stredné studne (8 000 – 15 000 stôp) |
Okrajové |
Preferované |
Prijateľné |
Overspec |
| Hlboké studne (>15 000 stôp) |
Nedostatočné |
Okrajové |
Preferované |
Preferované |
| Jamky s predĺženým dosahom / ERD |
Nedostatočné |
Okrajové |
Prijateľné |
Preferované |
| Kyslá služba (prítomnosť H₂S) |
Kvalifikovaný |
Overte NACE |
Neodporúča sa |
Neodporúča sa |
| HPHT studne |
Nedostatočné |
Nedostatočné |
Okrajové |
Preferované |
| Citlivosť na náklady |
Najnižšie náklady |
Nízko-stredne |
Mierne |
Najvyššie náklady |
Kritický technický bod – nedbajte na úspory nákladov Výber nižšej triedy na zníženie počiatočných nákladov je jednou z najzávažnejších chýb pri obstarávaní pri nákupe vrtných rúr. Struna triedy E75, ktorá zlyhá v hĺbke vo vrte s dĺžkou 15 000 stôp, stojí rádovo viac pri rybolovných operáciách, potenciálnom bočnom vedení a dobe montáže, než je rozdiel v nákladoch medzi E75 a X95 pri pôvodnej objednávke. Mechanické výpočty dimenzovania kvalifikovaným vŕtacím technikom by mali vždy predchádzať výberu triedy v akejkoľvek hĺbke mimo bežných malých hĺbok.
9. Často kladené otázky
Aké sú štandardné triedy vrtných rúr podľa API 5DP?
API 5DP špecifikuje štyri štandardné triedy vrtných rúr: E75 (minimálny výnos 75 000 psi), X95 (minimálny výnos 95 000 psi), G105 (minimálny výnos 105 000 psi) a S135 (minimálny výnos 135 000 psi). Výber triedy závisí od hĺbky vrtu, smerovej zložitosti a požadovanej torznej a ťahovej kapacity. S135 je najvyššia komerčne dostupná štandardná trieda a používa sa pre náročné aplikácie s rozšíreným dosahom a HPHT.
Aké veľkosti vonkajšieho priemeru sú k dispozícii pre vrtné potrubie API?
Štandardné veľkosti OD vrtných rúr API 5DP sa pohybujú od 2-3/8 palca až po 6-5/8 palca. Najbežnejšie používané veľkosti pri vŕtaní ropy a zemného plynu sú 3-1/2 palca, 4 palce, 4-1/2 palca a 5 palcov. Väčšie veľkosti, ako napríklad 5-1/2 palca a 5-7/8 palca, sú určené pre aplikácie s vysokým prietokom alebo vysokým krútiacim momentom, kde sa vyžaduje väčší otvor.
Aký je rozdiel medzi dĺžkami vrtných rúrok?
API definuje tri dĺžky rozsahu: Rozsah 1 (18 – 22 stôp), Rozsah 2 (27 – 30 stôp) a Rozsah 3 (38 – 45 stôp). Rozsah 2 je priemyselným štandardom pre veľkú väčšinu rotačných vŕtacích operácií. Rozsah 3 je určený pre hlbokomorské a ultra hlboké vrty, kde menej pripojení na jednu cestu významne znižuje neproduktívny čas vrtnej súpravy.
Aké klasifikácie hrúbky steny existujú pre vrtné rúry?
Štandardná vrtná rúra používa nominálnu hrúbku steny v rozsahu od 0,280 palca (2-3/8 OD) do 0,500 palca (5-7/8 a 6-5/8 OD) v závislosti od veľkosti. Heavy Weight Drill Pipe (HWDP) používa výrazne hrubšie steny – zvyčajne 0,615 až 0,750 palca pre rovnaký rozsah OD – spolu s centrálnou oterovou podložkou a väčšími spojmi nástrojov. HWDP je špecifikovaný pre prechodovú zónu nad vrtákmi, aby sa znížili únavové poruchy.
Je vrtná rúrka rovnaká ako vrtná rúrka?
Áno — 'vŕtacia rúrka' a 'vrtná rúrka' sa v celom odvetví používajú zameniteľne. Oba výrazy sa vzťahujú na spoje dutých oceľových rúrok, ktoré tvoria hlavné telo vrtnej kolóny pri rotačnom vŕtaní. Oficiálny štandard API má názov 'Špecifikácia pre Drill Pipe' (API 5DP). Termín 'vŕtanie potrubia' je bežnejší na neanglicky hovoriacich trhoch a v preložených obstarávacích dokumentoch.
Vyžiadajte si špecifikácie a ceny vŕtacích rúrok
ZC Steel Pipe vyrába vrtné rúrky API 5DP vo všetkých štandardných stupňoch (E75, X95, G105, S135) a veľkostiach OD, pričom je k dispozícii rad 2 a rad 3. Ako výrobca na objednávku so sídlom v meste Hai'an v Číne poskytujeme služby dodávateľom vŕtania a nákupcom OCTG v Afrike, na Strednom východe av Južnej Amerike.
Kontaktujte nás s požiadavkami na program studní – akosť, vonkajší priemer, hrúbka steny, dĺžka sortimentu, množstvo a miesto určenia – a náš technický tím vám odpovie so špecifikáciami a konkurencieschopnou cenovou ponukou.
mandy. w@zcsteelpipe.com | WhatsApp: +86-139-1579-1813
→ Požiadať o cenovú ponuku
