Основные параметры современных бурильных труб
Глава 7. БУРИЛЬНЫЕ, ОБСАДНЫЕ И КОЛОНКОВЫЕ ТРУБЫ
Назначение конструкции бурильных труб
При всех известных способах бурения, бурильная колонна, которая составляется из бурильных труб, должна обеспечивать передачу от бурового станка вращение и осевую нагрузку породоразрушающему инструменту, охлаждать его и выносить на поверхность продукты разрушения потоком жидкости или воздуха, в первых двух случаях в виде шлама по затрубному пространству и в третьем – в виде шлама и керна по центральному каналу. Кроме того, бурильная колонна должна выполнять ряд вспомогательных функций при тампонажных работах, борьбе с осложнениями в скважине, ликвидации аварий, проведении исследований в скважине и др.
Выполняя свои функции, бурильная колонна должна обладать высокой надежностью, противостоять как износовым, так и усталостным нагрузкам, быстро собираться и разбираться на свечи в виде нескольких труб или на отдельные трубы (в зависимости от высоты вышки или мачты), которые должны быть легкими и удобными в работе.
Отличительная особенность бурильных колонн муфтово-замкового соединения заключается в том, что диаметр их соединений существенно превышает диаметр трубы. Это, с одной стороны, способствует быстрому износу их и, с другой, - ограничивает частоты вращения и осевые нагрузки из-за вибраций, возникающих вследствие значительных зазоров между трубой и стенками скважины. Собственно для бурения на нефть и газ эти недостатки несущественны, так как частоты вращения здесь весьма малы (до 150 мин-1), а для создания осевых нагрузок применяются, как правило, утяжеленные бурильные трубы и, следовательно, вся колонна бурильных труб растянута.
|
|
|
В геологоразведочном бурении на твердые полезные ископаемые эффективность разрушения пород обусловлена прежде всего высокими частотами вращения и удельными осевыми нагрузками на породоразрушающий инструмент – буровые станки имеют вращение до 1500 мин-1, а некоторые зарубежные для алмазного бурения – до 4500. мин-1. Кроме того, при бурении неглубоких скважин: поисковых, картировочных, инженерно-геологических утяжеленные трубы неприемлемы. Поэтому в геологоразведочном бурении широкое применение нашли бурильные трубы специального ниппельного соединения с цилиндрическими резьбами, благодаря которым колонна труб снаружи гладкая, что позволяет максимально приблизить ее наружный диаметр к диаметру скважины, т.е. создать наиболее благоприятные условия для ее работы на высоких частотах вращения и осевых нагрузках.
В СКБ «Геотехника» разработаны легкосплавные (алюминиевый сплав Д16Т) бурильные трубы ниппельного соединения (ЛБТН-42; ЛБТН-54; ЛБТН-68), которые используются преимущественно в алмазном бурении.
|
|
|
Производственные геологические предприятия («Кировгеология», «Центргеология», «Союзгеологоразведка» и другие) разработали и широко внедрили так называемые комбинированные бурильные колонны из труб ниппельно-замкового соединения. Например, в одной из таких конструкций бурильные трубы диаметром 50 мм с высаженными внутрь концами (ГОСТ 7909) и внутренней цилиндрической резьбой диаметром 41,5 мм (ГОСТ 8467) соединялись в свечи ниппелями диаметром 50 мм (ГОСТ 8462), в концы которых ввинчивались замки диаметром 57 мм, что значительно сократило зазор между бурильной колонной и стенкой скважины. Это позволило, как и в случае с легкосплавными трубами, резко увеличить частоты вращения и, соответственно, производительность алмазного бурения.
Известен положительный опыт использования этих труб в сочетании с легкосплавными в комбинированных бурильных колоннах, где они работали как утяжеленный низ.
Для бурения комплексами типа ССК были разработаны тонкостенные бурильные трубы диаметрами 55; 70; 43 мм, соединяемые по способу «труба в трубу», при котором резьбы трапецеидального профиля имеют минимальную конусность (1:32), что усложняет их изготовление и процесс свинчивания – развинчивания при спуско-подъемных операциях. Нарезаются они непосредственно на концах трубы без их высадки и без использования соединительных деталей. Поэтому тело в резьбовой части трубы оказывается весьма тонким. Это обусловлено минимальной толщиной матрицы буровой коронки, вызванной необходимостью размещения в колонковой трубе съемного керноприемника и обеспечения необходимых удельных нагрузок на коронку в условиях бурения твердых пород. Успешное использование таких тонкостенных бурильных труб при высокочастотном алмазном бурении обеспечивается благодаря максимальному приближению диаметров трубы и скважины (55 и 59; 70 и 76; 43 и 46 мм) и, следовательно, минимальному их изгибу. Кроме того, ВИТРом был создан вариант таких бурильных труб с приваренными резьбовыми концами из более прочной стали.
|
|
|
Для бурения комплексами КССК-76-1200 и КССК-76-2000 были разработаны стальные бурильные трубы диаметром 70 мм с высаженными внутрь концами, соединяемые муфтами и замками диаметром 73 мм, а для бурения комплексами КССК-76М-2000 и КССК-76-3000 – стальные бурильные трубы диаметром 73 мм. Разъемные и неразъемные резьбы одинаковы: трапецеидальный профиль и конусность 1:16. Высадка или сварной шов обеспечивают более высокую прочность труб комплексов КССК в сравнении с трубами комплексов ССК. Для работы в компоновке со стальными трубами при бурении комплексами КССК созданы также легкосплавные (сплав Д16Т) трубы диаметром 71 мм со стальными замками диаметром 73 мм с применением тех же резьб. В составе колонны стальных труб легкосплавные трубы с такими же резьбами. В составе колонны стальных труб легкосплавные трубы должны располагаться на таких участках бурильной колонны, на которых действуют минимальные растягивающие нагрузки и минимальный крутящий момент. Такая компоновка стальных и легкосплавных труб позволяет бурить комплексом КССК-76М-2000 скважин глубиной до 2750 м.
|
|
|
Основным отличием бурильных труб комплексов ССК и КССК от бурильных труб, применяемых в традиционном бурении, является увеличенный внутренний диаметр и гладкий внутренний канал, образуемой ими бурильной колонны, необходимый для свободного прохождения съемного керноприемника. Это обеспечивается ценой снижения прочности труб в сравнении с трубами для традиционного бурения в результате уменьшения толщины стенок в резьбовой части. Однако, как было уже отмечено, снижение прочности компенсируется уменьшением зазора между стенкой скважины и колонной бурильных труб и, следовательно, снижением изгибающих нагрузок.
К концу 1980-х годов бурильные трубы для различных способов геологоразведочного бурения были представлены большим разнообразием конструкций и стала очевидной назревшая проблема их унификации по диаметрам, толщинам стенок и применяемым резьбам.
В СКБ «Геотехника» был разработан ГОСТ Р 51510-99 «Трубы бурильные геологоразведочные». Все трубы 8-и типов разбиты на три группы, характеризующие области их применения: бурение традиционное колонковое и бескерновое, бурение со съемным керноприемником и бурение с пневмо- и гидротранспортом керна.
К первой группе относится три типа труб:
- трубы бурильные стальные универсальные (ТБСУ) диаметром 43; 55; 63,5; 70; 85 мм с приваренными замками тех же диаметров, разработанные взамен труб ниппельного и муфтово-замкового соединения, которые сочетают в себе преимущества тех и других: гладкую наружную поверхность с прочностью, удобством и быстротой свинчивания замковых резьб;
- трубы бурильные легкосплавные (ТБЛ) тех же диаметров, что и трубы ТБСУ, разработаны взамен труб ниппельного соединения типа ЛБТН-42; ЛБТН-54; ЛБТН-68, унифицированы с замковыми резьбами труб ТБСУ;
- трубы бурильные утяжеленные (ТБУ) диаметром 57; 73; 89; 108 мм с приваренными замками тех же диаметров, разработаны взамен труб УБТ-57; УБТ-Р-73; УБТ-89; УБТ-108, унифицированы с замковыми резьбами труб ТБСУ и ТБЛ.
Ко второй группе относится три типа труб:
- трубы бурильные стальные легкой серии (ТБСЛ) диаметром 43; 55; 70; 89; 114 мм с приваренными резьбовыми;
- трубы бурильные стальные тяжелой серии (ТБСТ) диаметром 55; 70; 85; 102 мм с приваренными замками, диаметры которых максимально приближены к диаметрам соответствующих труб;
- трубы бурильные легкосплавные тяжелой серии (ТБЛТ) тех же диаметров, что и трубы ТБСТ, унифицированы с замковыми резьбами труб ТБСТ.
К третьей группе относится два типа труб:
- трубы бурильные двойные с наружной стальной трубой(ТБДС) диаметром 48; 57; 73; 89; 108; 114; 127 мм с присоединенными на цилиндрической резьбе замками, диаметры которых максимально приближены к диаметрам соответствующих труб, частично (на трубах диаметром 48; 57; 73) унифицированы с замковыми резьбами труб ТБСТ и ТБЛТ;
- трубы бурильные двойные с наружной легкосплавной трубой (ТБДЛ) диаметром 73; 89; 108; 127 мм, унифицированы с резьбами труб ТБДС тех же диаметров.
Трубы типа ТБСЛ разработаны ВИТРом, остальные 7-и типов – СКБ «Геотехника».
Основные параметры современных бурильных труб
Трубы бурильные для традиционного способа бурения (ГОСТ Р 51510)
Для традиционного способа бурения стандартом предусмотрено 3 типа бурильных труб, приведенных на рис. 7.1 и в табл. 71.
Рис. 7.1. Трубы бурильные для традиционного бурения
а – стальные (ТБСУ); б – легкосплавные (ТБУ); в – утяжеленные (ТБУ)
1 – труба; 2 и 3 – ниппель и муфта замка; 4 – сварной шов; 5 – неразъемное соединение на метрической цилиндрической резьбе
Таблица 7.1. Трубы бурильные для традиционного бурения
| Основные размеры, мм | Масса 1 м трубы q, кг/м | Параметры резьбового соединения | ||||
| Трубы | Замка | Обозначение резьбы | Момент затяжки резьбы Нм | |||
| Наружный диаметр D | Толщина стенки t | Наружный диаметр Di | Внутренний диаметр d | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Тип 1 – Трубы бурильные стальные универсальные (ТБСУ)х) – рис.1а. | ||||||
| 43,0 | 3,5 4,5 6,0 | 43,5 | 16 16 16 | 12,7 15 18,6 | 3-34 | 700 |
| 55,0 | 3,5 4,5 6,0 | 55,5 | 22 22 16 | 18,0 21,1 26,2 | 3-45 | 1600 |
| 63,5 | 3,5 4,5 6,0 | 64,0 | 28 28 22 | 21,7 25,5 31,8 | 3-53 | 2300 |
| 70,0 | 3,5 4,5 6,0 | 70,5 | 32 32 28 | 24,1 28,3 35,0 | 3-57 | 3000 |
| 85,0 | 3,5 4,5 6,0 | 85,5 | 40 40 28 | 32,4 37,6 47,1 | 3-67 | 4700 |
| Тип 2 – Трубы бурильные легкосплавные (ТБУ) 1. Прочные – П (без высадки концов) – рис.1б | ||||||
| 43,0 | 7,0 | 43,5 | 16 | 9,0 | 3-34 | 700 |
| 55,0 | 9,0 | 55,5 | 22 | 15,0 | 3-45 | 1600 |
| 63,5 | 9,0 | 64,0 | 28 | 18,8 | 3,53 | 2300 |
| 70,0 | 9,0 | 70,5 | 32 | 21,2 | 3-57 | 3000 |
| 85,0 | 9,5 | 85,5 | 40 | 29,3 | 3-67 | 4700 |
| 2. Повышенной прочности – ПП (с внутренней высадкой концов)хх) | ||||||
| 43,0 | 5,0 | 43,5 | 16 | 7,6 | 3-34 | 700 |
| 55,0 | 7,5 9,0 | 55,5 | 22 | 13,7 14,9 | 3-45 | 1600 |
| 63,5 | 7,5 9,0 | 64,0 | 28 | 17,2 18,6 | 3-53 | 2300 |
| 70,0 | 7,5 9,0 | 70,5 | 32 | 19,5 21,1 | 3-57 | 3000 |
| 85,0 | 9,0 | 85,5 | 40 | 30,4 | 3-67 | 4700 |
| Тип 3 – Трубы бурильные утяжеленные (ТБУ)ххх) | ||||||
| 57 | 12 | 57,5 | 22 | 13,4 | 3-45 | 1600 |
| 73 | 19 | 73,5 | 22 | 25,0 | 3-57 | 3000 |
| 89 | 22 | 89,5 | 28 | 36,0 | 3-67 | 4700 |
| 108 | 26 | 108,5 | 28 | 52,0 | 3-86 | 8900 |
х)Примечание: трубы диаметром 43 и 55 мм поставляются длиной 1,7; 3,2; 4,7 м, остальных диаметров – длиной 1,7; 3,2; 4,7 и 6,2 м. Масса 1 м приведена для труб длиной 3,2 м и для замков с прорезями под элеватор и вилки. Размер профиля разъемных резьб приведены в табл.4.
хх)Примечание: трубы поставляются длиной 3,2 и 4,7 м. Масса 1 м приведена для труб длиной 3,2 м.
ххх)Примечание: трубы поставляются длиной 4,7 и 6,2 м. Резьба 3-86 по ГОСТ Р 50864 «Резьба коническая замковая для элементов бурильных колонн. Профиль, размеры, допуски».
Трубы бурильные для бурения со съемным керноприемником
Для бурения со съемным керноприемником предусмотрено два типа бурильных труб, приведены на рис. 7.2 и в табл. 7.2.
Рис. 7.2. Трубы бурильные для бурения со съемным керноподъемником
а –легкой серии; б – тяжелой серии
1 – труба; 2 и 3 – ниппель и муфта замка; 4 – сварной шов
Таблица 7.2. Трубы бурильные для бурения со съемным керноприемником
| Основные размеры, мм | Масса 1 м трубы, кг/м | Параметры резьбового соединения | ||||
| Трубы | Замка | Обозначение резьбы | Момент затяжки резьбы Нм | |||
| Наружный диаметр D | Толщина стенки t | Наружный диаметр Di | Внутренний диаметр d | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Тип 1 – Трубы бурильные стальные легкой версии (ТБСУ)х | ||||||
| 43,0 | 3,5 4,8 | 43,5 | 33,5 | 3,5 4,4 | СК-39 | 290 |
| 55,0 | 3,5 4,8 | 55,5 | 45,4 | 4,5 5,8 | СК-51 | 470 |
| 70,0 | 3,5 4,8 | 70,5 | 60,4 | 5,8 7,7 | СК-66 | 810 |
| 89,0 | 3,5 5,5 | 89,5 | 78,0 | 7,6 11,3 | СК-85 | 1623 |
| 114,0 | 3,5 6,0 | 114,5 | 102,0 | 9,8 16,0 | СК-109 | 2730 |
| Тип 5 – Трубы бурильные стальные тяжелой серии (ТБСТ)хх | ||||||
| 55,0 | 3,5 4,5 7,0 | 57,5 | 41,0 | 4,9 5,9 8,3 | СПК-50 | 2110 |
| 70,0 | 3,5 4,5 | 73,5 | 53,0 | 6,6 8,0 | СПК-64 | 2700 |
| Продолжение табл. 7.2 | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| 8,5 | 12,9 | |||||
| 85 | 3,5 4,5 6,5 | 89,5 | 72,0 | 7,9 9,4 12,6 | СПК-82 | 3230 |
| 102 | 3,5 4,5 6,5 | 108,5 | 89,0 | 9,3 11,4 15,3 | СПК-101 | 4260 |
хПримечание: длина труб диаметром 43,0 мм – 1,5 и 3,0 м, труб остальных диаметров – 1,5 и 4,5 м. Масса 1 м приведена для труб диаметром 43,0 мм при длине 3,0 м, для труб остальных диаметров при длине 4,5 м.
ххПримечание: длина труб диаметром 55,0 мм – 1,7; 3,2; 4,7 м, труб остальных диаметров – 1,7; 3,2; 6,2 м. Масса 1 м дана для труб длиной 3,2 м.
Трубы бурильные для бурения с пневмо- и гидротранспортом керна
Для данного способа бурения предусмотрено два аналогичных по конструкции типа бурильных труб: трубы бурильные двойные с наружной стальной трубой (ТБДС) и с наружной легкосплавной трубой (ТБДЛ). Трубы представлены (тип ТБДЛ) на рис. 7.3 и в табл. 7.3. В табл. 7.4 представлены параметры профиля их резьбы.
Таблица 7.3. Трубы для бурения с пневмо- и гидротранспортом керна
| Основные размеры, мм | Масса 1 м трубы, кг/м | Параметры резьбового соединения | |||||
| Трубы | Замка | Обозначение резьбы | Момент затяжки резьбы, Нм | ||||
| Наружный диаметр D | Толщина стенки t | Наружный диаметр Di | Внутренний диаметр d | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| Тип 7 – Трубы бурильные двойные с наружной стальной трубой (ТБДСТ)х) | |||||||
| 48,0 | 3,5 | 57,5 | 41 | 4,8 | СПК-50 | 2110 | |
| 57,0 | 4,5 | 57,5 | 41 | 7,0 | СПК-50 | 2110 | |
| 73,0 | 5,0 | 75,5 | 56 | 9,8 | СПК-64 | 2700 | |
| 89,0 | 6,0 | 92,5 | 74 | 13,9 | СПК-85 | 3580 | |
| 108,0 | 7,0 | 116,5 | 88 | 20,3 | СПК-101 | 4260 | |
| 114,0 | 7,0 | 130,0 | 100 | 21,7 | СПК-118 | 4980 | |
| 127,0 | 7,0 | 130,0 | 100 | 24,3 | СПК-118 | 4980 | |
| Тип 8 – Трубы бурильные двойные с наружной легкосплавной трубойхх) | |||||||
| 73,0 | 7,0 | 75,5 | 56,0 | 6,4 | СПК-64 | 2700 | |
| 89,0 | 8,0 | 92,5 | 74,0 | 8,6 | СПК-85 | 3580 | |
| 108,0 | 9,0 | 116,5 | 88,0 | 12,4 | СПК-101 | 4260 | |
| 127,0 | 9,0 | 130,0 | 100,0 | 14,9 | СПК-118 | 4980 | |
х)Примечание: трубы диаметром 48,0 мм поставляются длиной 1,5; 2,0; 3,0 м, трубы остальных диаметров – длиной 1,5; 2,0; 4,0 м. Внутренняя труба легкосплавная следующих диаметров и толщин стенок: 32х3; 40х3; 48х3; 54х3,5; 83х3,5; 89х3,5; 102х3,5 мм.
хх)Примечание: трубы поставляются длиной 1,5; 2,0; 4,0 м. Внутренняя труба легкосплавная следующих диаметров и толщин стенок: 48х3; 54х3; 83х3,5; 102х3,5 мм. Для обоих типов труб масса 1 м приведена для длины 2,0 м с учетом массы внутренней трубы.
 |
Таблица 7.4. Параметры профиля резьбы
| Обозначение резьбы | Размеры профиля резьбы | ||||
| Шаг, мм | Угол профиля | Высота профиля, мм | Угол наклона | Конусность | |
| 3-34 3-45; 3-53 3-57; 3-67 3-86 СК-39 СК-51; СК-66 СК-85;СК109 СПК-50 СПК-64 СПК-82 СПК-85 СПК-101 СПК-118 | 4,233 4,233 6,350 6,000 8,000 8,000 6,000 6,000 6,000 6,000 | 60* 60* 60* 30* 30* 30* 10* 30* 10* 30* | 1,926 2,500 3,095 0,75/0,70** 0,90/0,85** 1,21/1,15** 1,00/0,95** 1,50/1,55** 1,20/1,25** 1,55/1,50** | 4*45’ 48” 5*42’ 38” 4*45’ 48” 0*53’ 42” 0*53’ 42” 0*53’ 42” 1*47’ 24” 1*47’ 24” 0*53’ 42” 1*47’ 24” | 1:6 1:5 1:6 1:32 1:32 1:32 1:16 1:16 1:32 1:16 |
| *Цифры в обозначении резьбы соответствуют ее наружному диаметру у большого основания конуса. **Значение высоты профиля: в числителе – для наружной резьбы; в знаменателе – для внутренней. | |||||
Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!