Дриль-коллар — это инструмент для бурения с толстыми стенками, устанавливаемый рядом с долотом в нижней части сборки бурильной колонны (BHA). Его основная функция — обеспечивать давление на долото, увеличивать жесткость вокруг долота и помогать снижать вибрацию, изгиб и нестабильное движение при бурении. В полной бурильной колонне дриль-коллар работает под тяжелой бурильной трубой (HWDP) и бурильной трубой: дриль-коллар обеспечивает вес и жесткость около долота, HWDP служит переходным звеном для уменьшения изменения жесткости, а бурильная труба передает вращение и буровой раствор с поверхности. Поскольку дриль-коллар испытывает высокие нагрузки на сжатие, крутящий момент и изгиб, его материал, термообработка, тип соединения, твердость, проверка резьбы и прослеживаемость по сертификату MTC являются ключевыми пунктами приемки перед отгрузкой.
Octal Drill Pipes поставляет буровые колонковые муфты API 7-1 для нефтяных и газовых скважин, бурения сланцевого газа, геотермальных скважин, направленного бурения и других применений бурового инструмента. Доступные варианты включают гладкие колонковые муфты, спиральные колонковые муфты, немагнитные колонковые муфты и связанные компоненты сборки забойных инструментов. Каждый заказ можно рассмотреть по размеру, соединению, материалу, уровню проверки, защите поверхности, способу упаковки и требуемому пакету документов.
Технические характеристики бурового воротника
Бурильный коллер работает на сжатие, вращение, изгиб и вибрацию в скважине. Так как он размещается близко к долоту, его точность размеров и качество соединения напрямую влияют на передачу крутящего момента, контроль нагрузки на долото и стабильность компоновки на забое.
Стандартные магнитные буровые воротники обычно изготавливаются из легированной стали AISI 4145H Modified или материала эквивалентного качества с закалкой и отпуском. Нематериальные магнитные буровые воротники используют отдельный немагнитный сплав и не должны рассматриваться как обычные воротники 4145H. Окончательные требования к материалу и механическим свойствам должны соответствовать API 7-1, проектной спецификации и утвержденному заказу на поставку.
Размеры и веса буровых воротников
Размер бурильного воротника следует выбирать в соответствии с размером скважины, требуемым весом на долото, жесткостью НКТС, требованиями к гидравлическому потоку, зазором для извлечения и совместимостью соединений. Больший наружный диаметр обеспечивает большую жесткость и вес, но также уменьшает кольцевой зазор. Меньший внутренний диаметр увеличивает вес, но может ограничивать поток промывочной жидкости или проход инструмента.
Для сравнения проектов можно оценить вес сплошного тела по формуле полой стальной цилиндрической трубы:
Примерный вес, фунт/фут = 2,67 × (OD² − ID²)
OD и ID указаны в дюймах.
Этот расчёт полезен для первоначального выбора, но окончательный вес следует подтвердить по утверждённому чертежу, так как форма резьбы, конструкция соединения, выемка для элеватора, спиральный паз, допуск отверстия и обработка поверхности могут изменить окончательное значение.
Скачать: drill_collar_sizes_and_weights_reference
API 7-1 Материал и термообработка долотной штанги
Для стандартных магнитных бурильных колеров широко используется сталь 4145H модифицированного сплава, так как она обеспечивает практический баланс прочности, ударной вязкости и реакции на термообработку. Обычно материал подвергается закалке и отпуску для достижения требуемых механических характеристик и диапазона твердости.
Цель термической обработки заключается не только в повышении прочности. Она также стабилизирует корпус, снижает риск неравномерной твердости и обеспечивает более стабильную работу по всей длине муфты. Для бурильного элемента это важно, поскольку компонент работает под повторяющимся крутящим моментом, сжатием и изгибом вблизи долота. Если твёрдость слишком высокая, муфта может стать более склонной к растрескиванию. Если твёрдость слишком низкая или неравномерная, износ соединений, деформация упоров или проблемы с работой корпуса могут проявиться раньше в процессе эксплуатации.
Для принятия материала контроль должен включать:
- Прослеживаемость теплового номера от сырья до готового воротника.
- Химический состав зафиксирован в MTC.
- Запись о термообработке или отслеживаемость партии.
- Подтверждение механических свойств в соответствии с применимым стандартом или требованиями заказа.
- Проверка твердости на репрезентативных местах.
- Осмотр поверхности и резьбы после обработки.
- Магнитопорошковый или иной неразрушающий контроль при необходимости по плану инспекции.
Немагнитным буровым затворам требуется отдельная проверка. Их главная ценность заключается не только в обычной прочности, но и в низком магнитном воздействии на направляющие инструменты. Для операций MWD и LWD следует совместно проверять магнитные свойства, сертификат материала, точность размеров и совместимость соединений.
Гладкий бурильный воротник, спиральный бурильный воротник и немагнитный бурильный воротник
Разные типы буровых долот решают различные проблемы на месторождении. Выбор должен основываться на траектории скважины, риске заклинивания, требованиях к инструменту для замеров, конструкции BHA и ожидаемом контакте со стенками скважины.
| Тип | Структура | Основная функция | Подходящие условия эксплуатации |
|---|---|---|---|
| Скользящий буровой воротник | Гладкая наружная поверхность | Обеспечивает максимальную площадь контакта и прямой вес НКТ с долотом | Обычные вертикальные скважины и стандартные комплекты долотного низа |
| Спиральный буровой воротник | Спиральные канавки обработаны на внешней поверхности (OD) | Уменьшает площадь контакта со стенкой и помогает снизить риск дифференциального застревания | Направленные скважины, отклонённые участки и пласты с тенденцией к застреванию |
| Немагнитная бурильная колонна | Изготовлен из немагнитного сплава | Снижает магнитные помехи вокруг инструментов контроля | Бурение с измерением параметров долота (MWD), бурение с измерением по скважине (LWD), направленное бурение и чувствительные к измерениям комплекты долотного низа |
| Короткая долотная штанга / малая штанга | Корпус с меньшей длиной | Регулирует расстояние между частями НКТ, вес и положение инструмента | Сборки, требующие точной настройки длины или жесткости |
Спиральная муфта для сверла — это не просто декоративная канавка. Уменьшенная площадь контакта может помочь ограничить склонность к застреванию в определённых породах и условиях скважины. Однако это также изменяет внешний профиль и вес, поэтому окончательный выбор всё же должен быть подтверждён программой бурения.
Немагнитный бурильный коллар является другим техническим продуктом. Его следует заказывать с четкими требованиями к магнитным свойствам, материалу, механическим свойствам и записям осмотров. При использовании с инструментами MWD или LWD длина коллара и его расположение также являются частью конструкции BHA.
Долотовая штанга против бурильной трубы против утяжеленной бурильной трубы
Бурильный коллер, бурильная труба и тяжелая бурильная труба — все являются частями бурильной колонны, но они не взаимозаменяемы. Их структура и функция различны.
| Элемент | Бурильный коллектор | Бурильная труба с увеличенным весом | Бурильная труба |
|---|---|---|---|
| Основная позиция | Возле долота в НКТ | Переход между буровым воротником и бурильной трубой | Основной участок бурильной колонны |
| Основная функция | Обеспечивает нагрузку на долото и жесткость | Снижает переход жесткости и концентрацию напряжений | Передает вращение и буровой раствор |
| Структура стенки | Очень толстая стенка | Тяжелее бурильной трубы, легче долотной штанги | Относительно тонкая стенка по сравнению с буровым воротником |
| Гибкость | Низший | Средний | Наивысший |
| Общие точки риска | Повреждение резьбы на плече, твердость, отверстие, трещины, магнитные свойства | Износ, твердая облицовка, соединение, переходное напряжение | Усталость, соединение инструмента, износ трубы, зона сварки |
| Основание выбора | Наружный диаметр, внутренний диаметр, длина, вес, соединение, материал, магнитные свойства | Размер, соединение, центральная утолщение, твердая облицовка, длина | Класс, внешний диаметр, толщина стенки, соединение, соединение инструмента |
Скачать: Буровое долото vs Буровая труба vs Тяжёлая буровая труба
Буровой воротник в сборке на забое
В бурильной колонне бурильный колер обычно размещается рядом с долотом в составе сборки забойного оборудования. Его основная задача — создавать нагрузку на долото, при этом максимально поддерживая верхнюю бурильную трубу в натяжении. Это помогает снизить риск изгиба бурильной трубы и улучшает стабильность нагрузки на долото.
Типичный БГА может включать долото, поддолотную муфту, стабилизатор, долотные втулки, немагнитную долотную втулку, измерительные инструменты, трубу с большим весом и бурильную трубу. Точный порядок зависит от плана скважины. Во многих сборках труба с большим весом используется выше секции долотной втулки в качестве перехода между жесткой долотной втулкой и более гибкой бурильной трубой. Этот переход помогает уменьшить концентрацию напряжений и улучшает механическое поведение бурильной колонны.
Выбор бурового воротника становится более чувствительным в этих условиях:
- Бурение с высокой нагрузкой на долото, где масса и жесткость коллара должны быть достаточными.
- Отклонённые или горизонтальные участки, где увеличиваются контакт стенки и крутящий момент/тяга.
- Твёрдые пласты, где вибрация долота и ударная нагрузка более серьёзны.
- Направленное бурение, где немагнитное расстояние влияет на надёжность замеров.
- Глубокие скважины, где усталость BHA, состояние соединения и отслеживаемость становятся более важными.
Инспекция, испытания и отслеживаемость документов
Инспекция бурильных муфт должна быть построена вокруг режимов отказа, которые на самом деле влияют на входной контроль и использование в полевых условиях: неправильное соединение, задиры на резьбе, повреждение опорной поверхности, смешанные номера плавки, несоответствие диаметра, неравномерная твердость, поверхностные трещины и отсутствие прослеживаемости документов.
Скачать: Инспекция, Испытания и Отслеживаемость Документов
Базовая цепочка документов должна быть:
Маркировка → Номер плавки → Сертификат материала → Запись термообработки / твердости → Контроль резьбы → Отчёт НК (неразрушающий контроль) → Измерительный отчёт → Упаковочный лист → Разрешение на отгрузку
Эта цепочка важна для экспортных заказов. Когда груз прибывает на буровую площадку или на склад, приемная группа может сверить маркировку воротника, номер плавки, упаковочный лист и сертификат качества (MTC), а не полагаться только на внешний вид продукта.
Карта отказов бурового воротника и как её контролировать
Для буровых инструментов настоящий вопрос заключается в том, где продукт может дать сбой и какие доказательства могут устранить риск.
| Полевой риск | Возможная причина | Контрольная точка | Доказательства для запроса |
|---|---|---|---|
| Проблема состава резьбы | Неправильная форма резьбы, повреждение плеча, плохое состояние поверхности | Проверка резьбового калибра, осмотр торцовой поверхности, защитное покрытие перед отгрузкой | Запись осмотра резьбы, фотографии |
| Трещины корпуса кольца | Неправильная твердость, дефект поверхности, концентрация напряжений | Контроль термообработки, испытание твердости, магнитопорошковый или ультразвуковой контроль при необходимости | Сертификат MTC, отчет о твердости, отчет NDT |
| Неправильная совместимость BHA | Неправильный наружный диаметр, внутренний диаметр, длина или соединение | Рецензирование заказа на производство перед производством и окончательная проверка размеров | Утвержденный чертеж, отчет о размерах |
| Магнитные помехи | Магнитный воротник, используемый рядом с геофизическими инструментами | Выбор немагнитного материала и проверка магнитных свойств | Сертификат материала, протокол осмотра |
| Несоответствие при приёме | Смешанный номер термообработки, неправильная маркировка, неполные документы | Маркировка и упаковочный лист, соответствующие плавке/партии | Фотографии маркировки, упаковочный лист, сертификат MTC |
| Повреждение при транспортировке | Открытая резьба, плохая поддержка пучка | Защитная крышка резьбы, предотвращение ржавчины, правильная упаковка | Фотографии упаковки, запись о выпуске отгрузки |
Скачать: Карта отказов бурового воротника
Контроль производства и обработки
В отличие от бурильной трубы, стандартный буровой воротник обычно представляет собой цельный компонент с толстыми стенками. В обычном корпусе бурового воротника нет сварного соединения с инструментальным соединением. Поэтому контроль производства отличается от бурильной трубы. Ключевыми моментами являются качество исходного материала, равномерность термической обработки, прямолинейность отверстия, обработка внешнего диаметра, точность резьбы, отделка упора и финальный осмотр.
Типичный маршрут контроля бурового воротника включает:
- Проверка стального прутка или поковки из сплава
- Термообработка и отслеживаемость партии
- Черновая обработка и подготовка отверстия
- Точение наружного диаметра и контроль прямолинейности
- Обработка резьбы и отделка упоров
- Обработка поверхности резьбы при необходимости
- Контрольные измерения и проверка твердости
- Магнитно-порошковая дефектоскопия / ультразвуковой контроль / визуальный осмотр согласно ИТП
- Маркировка, защитные элементы резьбы, упаковка и выпуск документов
Для резьбовых соединений инспекция должна выходить за пределы видимого профиля резьбы, поскольку соединение должно передавать крутящий момент через правильный контакт плеча и стабильное зацепление резьбы. Поверхность плеча контролирует передачу крутящего момента и контакт для уплотнения; конусность резьбы, шаг и диаметр резьбы влияют на положение сборки и посадку соединения; повреждение поверхности или задиры могут создавать высокие локальные напряжения во время вращения.
Совместимость резьбовых составов также имеет значение, поскольку плохая смазка может вызвать чрезмерный крутящий момент, недостаточную сборку или заклинивание резьбы. Даже если наружный диаметр, длина и марка материала бурового затвара корректны, непроверенное соединение всё ещё может привести к проблемам при сборке в полевых условиях, повреждению плеча, потере крутящего момента или ранней усталости вокруг BHA.
Применение долотной штанги в бурении нефти и газа
1. Контроль веса на долоте в вертикальных и направленных скважинах
Во время бурения долоту требуется контролируемая осевая нагрузка для эффективного разрушения породы. Бури́льные воротники обеспечивают этот вес рядом с долотом, уменьшая необходимость сжимать верхнюю бурильную трубу. Это помогает бурильной колонне работать с лучшей механической стабильностью и снижает риск нежелательного изгиба в более гибкой части трубы.
2. Стабильность колонны инструментов в бурении твёрдых пород
Твердые породы могут увеличивать вибрацию, ударные нагрузки и подброс долота. Корректно подобранный участок бурильного долота повышает жесткость и помогает поддерживать нагрузку на долото более последовательно. В этом состоянии инспекция соединений, контроль твердости и качество плеча становятся более важными, потому что повторяющаяся вибрация может увеличить мелкие дефекты до полевых отказов.
3. Отклонённые скважины и участки с риском застревания
В изогнутых или участках с высоким контактом воротник может испытывать большее боковое давление на ствол скважины. Спиральные буровые воротники могут быть выбраны в случаях, когда уменьшение площади контакта является частью стратегии против прилипания. При выборе по-прежнему следует учитывать наружный диаметр, кольцевой зазор, поток бурового раствора и жесткость сборки нижнего конца.
4. Направленное бурение с инструментами MWD / LWD
Когда магнитные помехи влияют на точность измерений, вокруг измерительных инструментов используют немагнитные буровые муфты. В этом применении выбор материала, контроль магнитных свойств и расстояние между инструментами важнее, чем простая масса муфты. Муфта должна рассматриваться как часть полной сборки для направленного бурения.
5. Переход от бурового воротника к бурильной трубе
Разница в жесткости между бурильным шейком и бурильной колонной может создавать концентрацию напряжений в переходной секции. Для улучшения перехода часто используется тяжелая бурильная труба над бурильными шейками. Это особенно полезно в глубоких скважинах, наклонно-направленных скважинах и программах бурения, где управление усталостью является частью конструкции бурильной колонны.
Защита поверхности, нанесение хардбэндинга и упаковка
Коллеры бурильные тяжелые, жесткие и чувствительные к соединению. Повреждения во время хранения или перевозки за границу обычно появляются сначала на резьбе, буртике или наружной поверхности. По этой причине защиту поверхности и упаковку следует определить до выпуска в производство.
Распространенные варианты защиты включают защитные муфты, антикоррозийное масло, обработку поверхности соединений, деревянные подкладки, идентификацию пакетов и защитную упаковку для морских перевозок. Укрепление бурильного инструмента (hardbanding) может рассматриваться для контроля износа, особенно когда бурильный воротник или связанные с ним инструменты BHA предполагается использовать в контакте с стволом скважины или обсадной трубой при вращении. Точный материал для hardbanding и место его нанесения следует уточнять в соответствии с программой бурения и политикой по износу обсадной колонны.
Для передачи на экспорт Octal Drill Pipes может предоставлять фотографии упаковки, фотографии маркировки комплектов, упаковочный лист, MTC и записи инспекции. Эти документы помогают команде приёмки проверить количество, тип соединения, размер и номер плавки перед тем, как инструменты поступят в буровую операцию.
Что нужно подтвердить перед заказом буровых воротников
Для более быстрого технического рассмотрения запрос или заказ на покупку должны включать:
- Тип бурильного воротника: гладкий, спиральный, немагнитный или короткий бурильный воротник.
- Наружный диаметр, внутренний диаметр и длина
- Тип соединения и требования к муфте/шпинделю.
- Марка материала и стандарт
- Требуемый диапазон твердости или требование к механическим свойствам.
- Требование к магнитным свойствам для немагнитных буровых воротников.
- Обработка поверхности, обработка резьбы и защитные элементы резьбы.
- Требование к закалке, если применимо.
- Объем проверки: размеры, резьба, твердость, MPI, UT, направление или проект ITP.
- Требуемые документы: MTC, записи NDT, отчет о размерах, упаковочный лист, фотографии и инспекция третьей стороны.
- Количество, способ упаковки и порт назначения.
Если заказ включает бурильные трубы, HWDP, переходники, стабилизаторы или другие инструменты BHA, совместимость соединений следует проверять в пакете. Правильный воротник полезен только тогда, когда он соответствует остальной части бурильной сборки.
Поддержка поставок Octal Drill Pipes
Octal Drill Pipes поддерживает заказы на буровые муфты с техническим анализом, подтверждением размеров, проверкой соответствия соединений, координацией инспекций и оформлением экспортной документации. Объем поставки бурового инструмента может включать буровые муфты, трубы тяжелого веса, бурильные трубы, муфты для инструментов, соединительные адаптеры и сопутствующие аксессуары.
Для проектных заказов внимание службы поддержки сосредоточено не только на производстве. Оно также включает проверку спецификации до заказа, ведение записей инспекций, контроль упаковки и передачу документов. Это важно для международных буровых подрядчиков и дистрибьюторов, которым необходимо, чтобы поставляемые инструменты соответствовали заказу на покупку, конструкции BHA и контрольному списку приемки.
ЧаВо
Q1: Что такое буровой воротник при бурении?
A1: Направляющая колонна — это компонент BHA с толстыми стенками, размещаемый близко к долоту для обеспечения веса на долото и улучшения устойчивости при бурении. Она помогает удерживать верхнюю бурильную колонну преимущественно в натяжении, а не под чрезмерной компрессией.
Вопрос 2: Какова основная функция долотной штанги?
A2: Основная функция бурового долота заключается в добавлении веса, жесткости и стабильности к нижней сборке скважины. Это обеспечивает лучшую нагрузку на долото, снижение вибрации и более контролируемую производительность бурения.
В3: В чем разница между буровым воротником и буровой трубой?
A3:A штанговый воротник толще, тяжелее и жестче, в то время как бурильная труба легче и в основном передает вращение и буровой раствор. Штанговые воротники работают возле долота; бурильная труба образует основную колонну бурильного инструмента.
Q4: Какой материал используется для бурильных колонн?
A4: Стандартные магнитные буровые муфты обычно изготавливаются из сплава стали AISI 4145H Modified или эквивалентного закаленного и отпущенного материала. Немагнитные буровые муфты используют специальные немагнитные сплавы для MWD, LWD и направленного бурения.
Q5: Каковы обычные размеры буровых воротников?
A5: Обычные размеры направляющих колонн варьируются примерно от 3 1/8″ до 11″ OD, в зависимости от размера скважины, конструкции BHA, необходимого веса на долото и совместимости соединений. Окончательные наружный диаметр, внутренний диаметр, длина и вес следует подтвердить по утверждённому чертежу.
