Подробное разъяснение типов резьбовых соединений буровых труб: как выбрать между NC, IF, FH и REG?

В процессе бурения нефтяных и газовых скважин, Резьба соединения буровой штанги Это ключевой элемент, соединяющий всю буровую колонну. Резьбовые соединения являются наиболее нагруженными и критически важными участками буровой колонны; они обеспечивают передачу от поверхности к долоту огромных вращательных усилий и веса, возникающих на глубине в несколько тысяч футов. Неправильный выбор резьбовых соединений может привести к разрыву соединений, потере оборудования, значительным затратам на извлечение инструментов и даже к катастрофическим авариям в скважине.

В данной статье будет представлен систематический обзор четырёх основных типов соединительных резьб буровых труб в соответствии со стандартами API — обычного типа (REG), внутренне‑плоского типа (IF), сквозного типа (FH) и цифрового типа (NC), что поможет вам разобраться в их различиях и сферах применения.

1. Почему резьбовые соединения столь важны? 

Соединительная муфта буровой штанги Резьба представляет собой спиральные канавки, нарезанные на конце буровой штанги (наружная резьба — пин) и на соответствующем соединении (внутренняя резьба — бокс); такое соединение также называется соединением с вращающимся плечом. При соединении и затяжке с требуемым крутящим моментом они образуют механическое уплотнение, способное выдерживать нагрузки, возникающие в ходе всего бурового процесса.

Американский нефтяной институт (API) разработал стандарты резьбы, гарантирующие, что любые два компонента с одинаковой маркировкой резьбы, независимо от производителя, будут надёжно соединяться и работать безотказно. Такая стандартизация является краеугольным камнем современного бурения.

Однако различные типы резьбы по своей конструкции существенно различаются: одни отдают приоритет прочности, другие — расходу жидкости, а третьи стремятся к их оптимальному соотношению. Понимание этих различий является основой правильного выбора.

II. Подробное описание четырёх основных типов резьбы 

1. Регулярный тип (REG — Регулярное стилистическое соединение) 

Резьба регулярного типа (REG) — это прочная V‑образная резьба с большим коническим углом; это один из самых старых и наиболее надёжных конструктивных решений. Её главной особенностью является приоритет прочности: в конструкции предпочтение отдаётся массивным сечениям металла, что обеспечивает исключительно высокую стойкость к крутильным и ударным нагрузкам.

Ключевая характеристика:

Внутренний диаметр муфты меньше внутреннего диаметра утолщённой части бурильной трубы, а внутренний диаметр утолщённой части, в свою очередь, меньше внутреннего диаметра корпуса трубы.

Трение при движении бурового раствора максимально велико, однако наружный диаметр мал, а прочность высока.

Диапазон размеров: от 2‑3/8″ до 8‑5/8″, всего 8 типоразмеров.

Типичные применения:

Соединение сверла

Соединение буровой колонны

Буровая колонна (BHA)

Когда выбрать REG:

Когда требуется максимальная механическая прочность — особенно в нижней части бурильной колонны, где нагрузки самые велики и любой сбой чреват потерей дорогостоящего бурового инструмента и долота. Стоимость соединения REG заключается в том, что его внутренний диаметр значительно меньше, чем у корпуса самого инструмента, что ограничивает проходимость жидкости. Поэтому оно практически применяется лишь в составе БНА, где механическая прочность безусловно превосходит гидравлическую эффективность.

2. Внутренний тип (IF — соединение внутреннего типа) 

Конструкция внутренней плоской (IF) резьбы направлена на максимизацию гидравлической эффективности. Её внутренний диаметр соединительного узла совпадает с внутренним диаметром бурильной трубы, что обеспечивает плавный, свободный от препятствий путь для промывочной жидкости.

Ключевая характеристика:

Внутренний диаметр соединительной муфты буровой трубы, внутренний диаметр самой трубы и внутренний диаметр утолщённого участка практически одинаковы.

Жидкость для бурения обладает низким гидравлическим сопротивлением, что способствует эффективному использованию гидравлической мощности.

Однако наружный диаметр соединения велик, что делает его подверженным износу, а прочность относительно невысока.

Использование треугольной резьбы с плоским верхом и плоским основанием V‑0,065

Диапазон размеров: от 2‑3/8″ до 5‑1/2″, всего 6 типоразмеров.

Типичные применения:

Внешне утолщённая буровая труба (EUE)

Основное соединение колонны буровой штанги

Когда выбрать IF:

Когда необходимо максимально повысить гидравлическую мощность долота, соединение IF устраняет «ступеньку», вызывающую турбулентность потока и потерю давления в соединениях REG, что позволяет передавать больше энергии непосредственно на долото, обеспечивая более эффективную очистку ствола скважины и повышенную механическую скорость бурения. Однако следует учитывать, что из‑за склонности резьб IF к концентрации напряжений API постепенно отказался от этого типа соединений, заменив их цифровыми (NC).

3. Сквозное соединение (FH — Full-Hole Style Connection) 

Резьба типа «сквозное отверстие» (FH) специально разработана для обеспечения максимального расхода жидкости. Внутренний диаметр соединительной муфты равен внутреннему диаметру утолщённой части трубы, что создаёт более широкий проход для бурового раствора.

Ключевая характеристика:

Внутренний диаметр соединения равен внутреннему диаметру утолщённой части трубы, но меньше внутреннего диаметра самой трубы.

Сопротивление течению бурового раствора выше, чем у внутреннего плоского соединения, однако наружный диаметр меньше.

Наибольший гидравлический КПД

Однако механическая прочность ниже, чем у соединения IF аналогичного размера.

Диапазон размеров: от 3‑1/2″ до 6‑5/8″, всего 5 типоразмеров.

Типичные применения:

Участок с большим стволом скважины

Буровая штанга с внутренним утолщением или с утолщением как внутри, так и снаружи

Когда выбрать FH:

Когда первостепенное значение имеет расход жидкости, соединения FH демонстрируют наилучшие показатели гидравлической эффективности. В настоящее время в соответствии со стандартами API все типоразмеры FH, за исключением 5‑1/2″ FH, постепенно выводятся из употребления.

4. Цифровой тип (NC — Нумерованное соединение) 

Цифровые (NC) резьбы — это новая серия соединений, введённая API в 1964 году с целью повышения эксплуатационных характеристик резьбовых соединений поворотных плечевых муфт.

Ключевая характеристика:

Обозначается по среднему диаметру резьбы (в дюймах и в десятых долях дюйма)

Форма резьбы — V‑0,038R (верхняя часть плоской резьбы — 1,651 мм, нижняя часть круглой резьбы — 0,965 мм).

По показателям усталостной прочности превосходит REG, FH и IF.

Некоторые соединения NC совместимы с соединениями по старому стандарту API.

Взаимозаменяемые соответствия:

Типичные применения:

Сверлильные штанги повышенной прочности (минимальный предел текучести 75 000 psi и выше)

Соединение бурильной штанги и бурильного ствола

Когда выбрать NC:

Серия NC является предпочтительным типом резьбы, рекомендованным API. Благодаря более оптимальным профилю зубьев и конусности цифровой резьбы её использование при проектировании новых изделий настоятельно рекомендуется. Серия NC постепенно заменила все соединения IF и, за исключением 5‑1/2″ FH, все соединения FH, предусмотренные стандартом API.

III. Сравнительная сводка четырёх типов резьбы

IV. Руководство по выбору модели 

1. Если вам нужна максимальная прочность — выбирайте REG

Соединение REG — самое прочное в буровой колонне; оно применяется для соединений нижнего бурового инструмента (BHA), буровых долот и буровых штанг. Однако оно характеризуется высоким гидравлическим сопротивлением, поэтому не подходит для основной части буровых труб.

2. Если вы стремитесь к максимальной гидравлической эффективности — рассмотрите FH

Соединение FH обеспечивает максимальный проход для жидкости и подходит для участков с крупным стволом скважины. В настоящее время используется лишь соединение FH диаметром 5‑1/2 дюйма; остальные типоразмеры уже заменены на NC.

3. Если вам необходима комплексная производительность — выбирайте NC (настоятельно рекомендуется)

Серия NC обеспечивает оптимальный баланс между прочностью, гидравлической эффективностью и усталостной стойкостью. Это предпочтительный тип резьбы, рекомендованный API; при проектировании новых изделий его следует использовать в первую очередь.

4. Если IF уже снят с производства, не рекомендуется использовать его в новых проектах.

Хотя соединения IF обладают высокой гидравлической эффективностью, они склонны к локализации напряжений, поэтому API уже отнесло их к категории устаревших типов соединений.

V. Часто задаваемые вопросы (FAQ) 

Вопрос 1: Можно ли взаимозаменять резьбу NC и старую резьбу API?

Частично можно. В серии NC имеется несколько моделей, которые по диаметру окружности вершин, конусности, шагу резьбы и длине резьбы совпадают с соединениями по старому стандарту API, поэтому их можно использовать взаимозаменяемо. Например, NC38 совместим с 3‑1/2″ IF, а NC46 — с 4″ IF.

Вопрос 2: Почему IF и FH были выбыли?

Резьба IF легко приводит к концентрации напряжений, что повышает риск разрушения в условиях высоконагруженного бурения. Что касается FH, то его механическая прочность ниже, чем у соединений IF аналогичного размера, а функциональные возможности уже охватываются серией NC. В связи с этим API отнес большинство типоразмеров IF и FH к категории устаревших соединений.

Вопрос 3: Какой тип резьбы наиболее часто встречается на месте?

На буровой площадке наиболее распространёнными типами резьбовых соединений бурильных труб являются REG и IF, тогда как FH встречается в инструментальных магазинах гораздо реже. Однако при закупке нового оборудования серия NC постепенно становится основной.

Вопрос 4: Влияет ли тип резьбы на стоимость бурения?

Да. Неправильный выбор резьбы может привести к потерям энергии рабочей жидкости, снижению скорости бурения и даже к возникновению подземных аварий. Корректный подбор резьбы напрямую влияет на эффективность бурения, уровень безопасности и рентабельность операции.

Вопрос 5: Как обеспечить безопасность резьбовых соединений?

Применение правильного момента затяжки является главной мерой, предотвращающей выход соединений из строя. Рекомендуемый момент затяжки следует определять исходя из 60% предела прочности материала соединения и с учётом применения пригодной резьбовой смазки.

VI. Заключение 

Резьба бурового оборудования по стандарту API является отраслевым стандартом, обеспечивающим соединение всей буровой колонны. Понимание различий между четырьмя основными типами резьб — REG, IF, FH и NC — — это не только техническая деталь, но и фундамент операционной безопасности, эффективности и прибыльности. При проектировании новых изделий резьба цифрового типа (NC) является рекомендуемым вариантом по стандарту API.

Вам необходимо выбрать подходящий тип резьбового соединения для вашего бурового проекта?

Компания Hebei Longway Petroleum Equipment Co., Ltd.

Получите профессиональные технические консультации и индивидуальные решения 

1. На запросы отвечаем в течение 12 часов.
2. Мы — профессиональный производитель с конкурентоспособными ценами и принимаем заказы по схемам DEM/ODM.
3. Наша сервисная команда обеспечивает круглосуточную техническую поддержку; все вопросы решаются в течение 24 часов.
4. Точное качество, своевременная доставка, индивидуальный сервис.