Бурильные трубы

 

Бурильные трубы составляют основную часть бурильной колонны. Они обеспечивают протяженность бурильной колонны как непрерывной системы для регулирования нагрузки на долото, подвода к нему мощности и подачи циркуляционного агента к забою.

В глубоком бурении применяют стальные и легкосплавные бурильные трубы.

В нашей стране используют стальные бурильные трубы двух сортаментов: нефтяного сортамента по ГОСТ 631–75 для бурения глубоких скважин на нефть и газ и геологоразведочного сортамента по ГОСТ 7909–56 для колонкового бурения.

По ГОСТ 631–75 изготовляют горячекатаные бесшовные бурильные трубы с номинальными диаметрами 60, 73, 89, 102, 114, 127 и 140 мм. Толщина стенок труб от 7 до 11 мм, причем диапазон варьирования толщины стенок зависит от номинального диаметра труб. Внутренний диаметр труб одного номинального размера изменяется в зависимости от толщины стенки.

Длина труб номинального диаметра от 60 до, 102 мм составляет 6; 8 и 11,5 м, трубы диаметром 114 мм и выше имеют длину 11,5 м, но в партии труб допускается до 25% труб длиной 8 м и до 8% – длиной 6 м.

Материалом для изготовления труб служит сталь групп прочности Д, К, Е, Л, М, Р, Т. Ниже приведены механические свойства сталей.

Группа прочности стали	Д	К	Е	Л	М	Р	Т
Предел текучести при растяжении sт, МПа	380	500	550	650	750	900	1000
Предел прочности при растяжении sр, МПа	650	700	750	800	900	1000	1100

 

ГОСТ не нормирует состав сталей, но в то же время лимитирует содержание вредных примесей, в частности серы и фосфора (до 0,045%).

👉Бурильные колонны соединяют в колонну муфтами или замками на резьбе. Резьбу нарезают на обоих концах каждой трубы, в местах нарезки концы труб упрочняют высадкой. Высадка концов может быть наружной и внутренней. В зависимости от высадки и типа резьбы бурильные трубы подразделяются на четыре типа (табл.).

На концах бурильных труб нарезают трубную конусную резьбу треугольного или трапецеидального профиля. Треугольная резьба имеет шаг 3,175 мм. Угол при вершине профиля резьбы 60°. Полная конусность резьбы 2tgj = 1:16, где j = 1° 47' 24". Треугольная резьба отличается рядом существенных недостатков: в резьбовом соединении создаются опасные концентрации напряжений; по свинченному резьбовому соединению в трубе возникают высокие давления сжатия: резьбовое соединение имеет недостаточную герметичность (из-за непрерывного канала по вершинам витков резьбы).

 

Таблица 

Типы бурильных труб и соединительных замков

Тип трубы	Характеристика труб по высаженным концам и соединительной резьбе	Тип замка к бурильным трубам
ТБВ	Высадка внутрь, резьба треугольная	ЗН, ЗШ
ТБН	Высадка наружу, резьба треугольная	ЗШ, ЗУ
ТБВК	Высадка внутрь, резьба трапецеидальная, соединение упорное с коническим стабилизирующим пояском	ЗШК, ЗУК
ТБНК	Высадка наружу, резьба трапецеидальная, соединение упорное с коническим стабилизирующим пояском	ЗШК, ЗУК

 

Трубная трапецеидальная резьба ТТ в значительной степени устраняет отмеченные выше недостатки. Ее шаг равен 5,08 мм, полная конусность 2tgj = 1:32, где jт = 0°53'42". Резьба ТТ отличается двумя важными усовершенствованиями: она представляет собой упорную резьбу, т.е. в соединенном состоянии торец трубы упирается в тело детали замка: кроме того, сочленение конца трубы с деталью замка происходит с натягом по конусной поверхности стабилизирующего пояска. Эти усовершенствования способствуют повышению прочности и герметичности резьбового соединения.

Соединительные замки к бурильным трубам выпускаются в соответствии с ГОСТ 5286–75. Замок состоит из двух частей: ниппеля и муфты.

Каждая деталь замка имеет с одной стороны трубную резьбу для соединения с бурильной трубой (причем на верхнем конце трубы должна быть муфта, на нижнем – ниппель), а с другой стороны – замковую крупную треугольную резьбу с шагом 5,08 или 6,35мм и с конусностью 1:4 или 1:6. Замковая резьба обозначается буквой "З", следующее за ней число показывает диаметр большого основания конуса резьбы в миллиметрах (например, резьба З-133 у замка ЗУ-155).

С трубами ТБВ и ТБН применяют соединительные замки типов ЗН, ЗШ и ЗУ. Они различаются между собой диаметром внутреннего проходного канала, наружным диаметром и размерами резьбы. У замка ЗН (нормальный) диаметр проходного канала значительно меньше внутреннего диаметра высаженной части бурильной трубы, у замка ЗШ (широкий) размеры диаметров канала и высаженной части трубы сближаются. Замки ЗН и ЗШ используют преимущественно на трубах с высаженными внутрь концами, замки ЗУ – на трубах с высадкой наружу.

Для соединения бурильных труб ТБВК и ТБНК применяют замки ЗШК (с широким проходным каналом) и ЗУК (с увеличенным проходным каналом). Их замковая резьба имеет шаг 6,35 мм и конусность 2tgj = 1:6.

На бурильные трубы замки навинчивают в разогретом состоянии от руки. Замки нагревают в индукционных (иногда в муфельных) печах. Температура разогрева замков ЗН, ЗШ и ЗУ равна 380- 430 °С, замков ЗШК и ЗУК - 400- 450 °С. При охлаждении навинченного замка резьба трубы обжимается и создается плотное соединение.

Большое распространение получили бурильные трубы с приваренными соединительными концами.

Трубы этого типа выпускаются в соответствии с ТУ 14-3-577–77 под шифром ТБПВ. где "П" обозначает приваренный соединительный конец, "В" указывает, что трубы имеют высадку. У этих труб элементы замка соединяются с трубой стыковой сваркой после предварительного нагрева. Прочность стыкового шва после нормализации не уступает прочности трубы.

Трубы ТБПВ изготовляют с номинальным наружным диаметром 73, 89, 114, 127 и 146 мм: освоено изготовление труб ТБПВ из сталей групп прочности Д, К, Е.

Преимущества труб ТБПВ состоят в том, что при их использовании сокращается количество резьбовых соединений в бурильной колонне, повышаются усталостная прочность и герметичность соединения. Отмечается также некоторое снижение стоимости изготовления этих труб по сравнению с ТБВК и ТБНК.

Разработана и под шифром ТБПК выпущена партия труб, у которых элементы замка приварены к концу трубы, имеющему комбинированную высадку наружу и внутрь.

Большое значение в последние годы имеют работы по освоению технологии производства специальных труб, пригодных для бурения в условиях агрессивных сред по содержанию H₂S и СО₂. По ТУ 14-3-986–81 изготовляют трубы ТБВК 127´9 из стали 28Х2МФБД, стойкой к агрессивной среде.

Для облегчения бурильной колонны в нашей стране производят легкосплавные бурильные трубы. Под названием ЛБТ изготовляют трубы из сплава Д16, состоящего из алюминия, меди и магния. Плотность сплава Ä16 составляет 2780 кг/м³, предел текучести – 330 МПа при температуре 20 °С. С повышением температуры более 150 °С показатели механической прочности заметно снижаются. Трубы ЛБТ выпускают диаметрами 114, 129 и 147 мм. Между собой трубы соединяются облегченными стальными замками.

Для повышения механических свойств ЛБТ разрабатываются и осваиваются новые виды легких сплавов, например сплав 01953Т1 с пределом текучести 490 МПа.