Технология бурения нефтяных и газовых скважин

8. По способу составления колонны бурильных труб: 
бурильные трубы стандартной длины; 
непрерывные бурильные трубы.

  9. По фактическому состоянию труб в процессе их экс 
плуатации:

бурильные трубы 1-го класса; бурильные трубы 2-го класса; бурильные трубы 3-го класса. Так как классификация по этому признаку непосредственно связана с эксплуатацией труб, то содержание ее изложено в разделе 6.9.

  В основу классификации труб по способу  бурения (ГЗД и роторный) положено фактическое преимущественное использование их с этими способами бурения.

  Следует отметить, что в настоящее время  официальной классификации, принятой в трубной отрасли, пока не существует. Предложенную здесь классификацию следует рассматривать как попытку систематизации всех применяющихся в настоящее время бурильных труб.

4. КОНСТРУКЦИИ БУРИЛЬНЫХ  ТРУБ

             Здесь приведено  описание бурильных труб, главным  образом, для глубокого эксплуатационного  и разведочного бурения. Сведения по бурильным трубам для структурно-поискового бурения могут быть получены из специальной литературы [8].

4.1. БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ

             Рассматриваемые бурильные  трубы подразделяются по материалу:

стальные бурильные  трубы;

легкосплавные бурильные трубы.

  По  конструктивному исполнению стальные бурильные трубы сборной конструкции  изготовляются следующих типов (см. источники [1, 2. 4. 8]):

с высаженными  внутрь концами (В);

с высаженными  наружу концами (Н);

  с высаженными внутрь концами и  коническими стабилизирующими поясками (ВК);

  с высаженными наружу концами и  коническими стабилизирующими поясками (НК).

  Трубы этих типов выпускаются по ГОСТ 631 — 75 с наружным диаметром, толщиной стенки и длиной, указанными в табл. 6.1. Кроме того, по ТУ 14-3-713 — 78 выпускаются трубы типа ВК диаметром 139,7 мм и толщиной стенки 9, 10, 11 мм из сталей групп прочности Д, К, Е. ГОСТом установлены допустимые отклонения труб по длине, диаметру, толщине стенки, массе и др.

  Две трубы длиной 6 м предварительно соединяются между собой соединительной муфтой в колено (двухтрубку).

 

  

Размеры труб по ГОСТ 631-75

                             Таблица 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Труба имеет на концах наружную мелкую (трубную) резьбу, а соединительная муфта — внутреннюю мелкую резьбу. Соединение бурильных труб длиной 8 м и 11,5 м, а также двухтру-бок в свечи осуществляется с помощью бурильных замков.

  Бурильные трубы с высаженными концами  и соединительные муфты к ним показаны на рис. 6.2, а профиль трубной резьбы по ГОСТ 631 — 75 — на рис. 6.3. Трубная резьба имеет треугольный профиль с углом при вершине 60°. Впади- 
 
 

Рис. 2. Бурильные трубы с высаженными внутрь (а) и наружу [6) концами и соединительные муфты к ним:

1 — труба; 2 — высаженный внутрь конец; 3 — трубная муфта; 4 — высаженный наружу конец

Рис. 3. Профиль трубной резьбы

 

Рис. 4. Бурильный замок:

а — замковый ниппель; б — замковая муфта

ны и  вершины профиля закруглены. Биссектриса  угла профиля перпендикулярна оси трубы. Шаг резьбы составляет 3,175 мм, поэтому на длине 25,4 мм (одного дюйма) размещаются 8 ниток. Конусность, определяемая как удвоенный тангенс угла ф между образующей конуса резьбы и осью трубы, составляет 1:16.

  Трубная резьба непригодна для частого и  быстрого свинчивания и развинчивания, недостаточно износостойка. Поэтому соединение и разъединение труб (также колен) в свечи осуществляется с помощью бурильных замков (рис.4).

    

Рис. 5. Профиль замковой резьбы

  Спуск и подъем бурильной колонны производится с разборкой ее на свечи.

  Бурильные замки состоят из замкового ниппеля (рис. 6.4, а) и замковой муфты (рис. 6.4, б]. На одном конце замковых деталей нарезается трубная резьба для присоединения их к трубе, а на другом — крупная резьба, называемая замковой (рис. 6.5) для соединения замковых деталей между собой. Форма и размеры трубной резьбы для соединения замковых деталей с бурильной трубой соответствуют резьбе соединительных муфт. Замковая резьба имеет треугольный профиль с углом при вершине 60°, биссектриса угла перпендикулярна оси замка. Вершины витков резьбы срезаны, а впадины закруглены.

  В зависимости от типа замка и диаметра трубы, для которой предназначен замок, конусность замковой резьбы составляет 1:4 или 1:6, а число ниток на длине 25,4 равно 5 (шаг 5,08 мм) или 4 (шаг 6,35 мм), Все нитки замковой резьбы имеют одинаковый профиль. Большая конусность и крупный шаг дают возможность быстрого и многократного свинчивания — развинчивания свечей при СПО, а длина замка обеспечивает возможность перенарезки резьбы при ремонте замка. Коническая резьба имеет натяг и более надежна против самоотвинчивания, в большей мере обеспечивает взаимозаменяемость деталей и компенсирует погрешности нарезки.

  Для трубной резьбы натяг определяется как расстояние между трубным  торцом соединительного элемента и  концом сбега резьбы после свинчивания  вручную (рис. б.б). При последующем машинном креплении или креплении горячим способом (после нагрева замковых деталей до 400 — 450 °С) край муфты должен совпасть (с допустимыми отклонениями) с концом сбега резьбы. Такое крепление обеспечивает плотность резьбовых соединений, предупреждает самоотвинчивание.

  

  

Рис. 6. Натяг резьбы

  Герметичность безупорного соединения трубы с замковой деталью обеспечивается за счет натяга, упругого деформирования витков резьбы и вязкой смазки.

 

  

  Для соединения труб с высаженными концами  применяют замки трех типов: ЗН, ЗШ и ЗУ — соответственно с нормальным, широким и увеличенным проходным отверстием. Замки ЗН предназначены для труб исключительно с высадкой внутрь, а ЗШ и ЗУ — и с высадкой внутрь, и с высадкой наружу в зависимости от диаметра труб. Диаметр проточного канала в ниппеле замка ЗН в 1,5 — 2 раза меньше, чем в трубах, что создает повышенные гидравлические сопротивления по сравнению с замками ЗШ и ЗУ. В наиболее ходовых трубах (диаметром 114 мм и выше) это отношение составляет 1,58 — 1,72, а для замков типа ЗШ и труб диаметром 114 — 140 мм оно равно 1,10— 1,25.

  С позиций величины гидравлических сопротивлений  значение имеет также диаметр внутренней высадки. Для наиболее часто используемых в глубоком бурении труб (диаметром 114—168 мм) между проходным диаметром ниппеля d„, высадки d_B, муфты d_M и трубы d_T с высадкой внутрь выполняются следующие соотношения:

для замков ЗН d_H < d_B^ d_M < d_T;

для замков ЗШ и  ЗУ d_B < d_H = d_M < d_T.

  В целом трубы с высадкой внутрь обусловливают в 1,5 — 4 раза больше гидравлические потери по сравнению с трубами с высадкой наружу и замками ЗУ. Поэтому рекомендуется применять их только при роторном бурении. Замки ЗУ в сочетании с трубами с высадкой наружу обеспечивают примерно равное проходное сечение и минимальные гидравлические потери в колонне, благодаря чему пригодны для бурения с гидравлическими забойными двигателями. Для них справедливо соотношение d„ & d_M& d_T.

  Бурильные замки изготовляют в соответствии с ГОСТ 5286-75 следующих типоразмеров: ЗН-80, 95, 108, 113, 140, 172 и 197; ЗШ-108, 118, 133, 146, 178 и 203; ЗУ-86, 120, 146, 155 и 185. Цифры означают наружный диаметр замка в миллиметрах.

  Бурильные трубы и муфты изготовляют  из высококачественных углеродистых (марки 45) или легированных сталей марок 38 ХНМ, 36Г2С, 35Г2СВ и др. Для обозначения материала труб принят термин «группа прочности». Группа прочности стали — это условный индекс, введенный для упрощения обозначения прочностных характеристик стали. Например, в сталь группы прочности Д входит примерно 0,48 % углерода, 0,17 — 0,37 % кремния, 0,65 — 0,90 % марганца. Строгий химический состав ГОСТом не регламентируется, однако ограничивается содержание вредных примесей серы и фосфоpa (< 0,045 % каждой). Всего принято 7 групп прочности: Д, К, Е, Л, М, Р, Т. Трубы групп прочности, кроме Л, изготовляют из легированных сталей, подвергают нормализации с отпуском; Л — из углеродистой стали, подвергают закалке с отпуском. Замки к ним изготовляют из сталей марок 40 ХН или 45, или (если прочность материала трубы выше прочности сталей 40ХН или 45) из того же материала, что и трубы. В любом случае прочность материала замка не должна уступать прочности материала трубы.

  Наиболее  важные показатели механических свойств  приведены в табл. 6.2.

  Для проверки качества труб и муфт их материал подвергается испытанию на растяжение и ударную вязкость, а труба — на сплющивание. Муфты для труб диаметром 114 мм и менее поставляют обычно из стали следующей группы прочности, а для труб свыше 114 мм — из стали той же группы прочности. Поверхности замков армируются твердым сплавом, резко повышающим их твердость и износостойкость.

Практика  эксплуатации бурильных труб, муфт и замков рассмотренных конструкций  показала, что резьбовые соединения имеют недостаточную усталостную прочность и герметичность. Для упрочнения и герметизации этого узла разработаны трубы со стабилизирующими поясками с высадкой внутрь типа ВК (рис. 6.7, а) и высадкой наружу типа НК (рис. 6.7, б) с замками к ним соответственно типов- ЗШК и ЗУК. Отличительной особенностью труб и замков данной конструкции является наличие наружного конического стабилизирующего пояска непосредственно за резьбовой частью трубы, внутренних упорных уступов и внутренних кольцевых выточек в деталях замка и применение конической трапецеидальной резьбы типа ТТ с конусностью 1:32, углом при вершине 30° и шагом 5,08 мм (рис. 6.8) вместо треугольной. Основные размеры труб 3 и 4 типов приведены также в табл. 6.1. Замки выпускаются типоразмеров: ЗШК-118, 133, 178, ЗУК-108, 120, 146, 162. 
 

  Таблица  2 Наиболее важные показатели механических свойств сталей