БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА
создание документов онлайн
Документы и бланки онлайн

Обследовать

Администрация
Механический Электроника
биологии
география Навигация астрономия геология туризм экологии
дом в саду
история
литература
маркетинг
математике
медицина
музыка
образование
психология
разное
художественная культура
экономика


БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА

геология


Отправить его в другом документе Tab для Yahoo книги - конечно, эссе, очерк Hits: 3704


дтхзйе дплхнеофщ

СЕЙСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ВАГОНА, ДВИЖУЩЕГОСЯ ПО БЕССТЫКОВОМУ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМУ ПУТИ
О РОСТЕ И РАСТВОРЕНИИ СОЛЕВЫХ МОНОКРИСТАЛЛОВ В НЕОДНОРОДНОМ АКУСТИЧЕСКОМ ПОЛЕ
НОВЫЙ КРИТЕРИЙ ПРИМЕНИМОСТИ АДИАБАТИЧЕСКОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ
Физика нефтегазоностного пласта
Обсадные трубы и их соединения. Условия работы обсадной колонны в скважине.
Задача и способы цементирования скважин
Методы увелечения нефтеотдачи пластов
Подземное хранение газа
Подземное хранение газа
 

БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА

1. Общие положения

Бурильная колонна является связующим звеном между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности. Она предназначена для подвода энергии (механической, гидравлической, электрической) к долоту, обеспечения подачи бурового раствора к забою, создания осевой нагрузки на долото, восприятия реактивного момента долота и забойного двигателя.

Основные элементы, составляющие бурильную колонну, — ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.

Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и подачи бурового раствора к забою скважины.

Бурильные замки соединяют между собой отдельные бурильные трубы. Переводники предназначены для соединения элементов бурильных колонн, имеющих разные размеры или разнотипные резьбы, а также присоединения подсобных и ловильных инструментов к бурильным трубам. Центраторы бурильной колонны служат для предупреждения искривления ствола скважины при бурении забойными двигателями. Утяжеленные бурильные трубы, устанавливаемые непосредственно над долотом или забойным двигателем, создают необходимую нагрузку на долото в заданных пределах.



2. Конструкция элементов бурильной колонны

Трубы бурильные ведущие. Они представляют собой толстостенную трубу, имеющую в сечении квадратную, шестигранную или крестообразную форму с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода бурового раствора.

Наиболее распространены ведущие трубы с квадратным сечением (рис. 1, а). Шестигранные (рис. 1, б) и крестообразные (рис. 1, в)

ведущие трубы применяются редко. Ведущие трубы конструктивно выполняются в двух вариантах: сборными, составленными из трех деталей, и цельными.

Трубы бурильные ведущие (сборные), изготовляемые предпочтительно квадратного сечения, включают в себя собственно трубу (штангу), верхний переводник (ПШВ) для соединения ведущей трубы с вертлюгом и нижний переводник (ПШН) для присоединения к бурильной колонне. Свободный конец верхнего переводника для соединения с вертлюг 737j93hh ом снабжен левой замковой резьбой; свободный конец нижнего переводника, предназначенный для соединения с бурильной колонной, имеет правую замковую резьбу.

Ведущие трубы сборной конструкции вследствие простоты изготовления нашли наибольшее распространение. Они изготовляются размерами 65x65, 80x80, 112x112, 140x140 и 155x155 мм.

Наряду с ведущими трубами сборной конструкции промышленностью выпускаются

цельнокатаные ведущие трубы. В этом случае конструкция предусматривает исключение резьбового соединения в местах присоединения верхнего и нижнего переводников с ведущей трубой.


Бурильные трубы. Бурильные трубы и соединительные муфты к ним изготовляются следующих размеров (условный наружный диаметр): 60, 73, 89, 102, 114, 127, 140 и 168 мм с толщиной стенок от 7 до 11 мм.

В настоящее время существует несколько разновидностей бурильных труб, различающихся по конструктивному исполнению.

1. Трубы бурильные сборной конструкции изготовляются двух видов (ГОСТ 631—63): трубы с высаженными внутрь концами (рис. 2, а) и трубы с высаженными наружу концами (рис. 2, б). Трубы всех типов изготовляются длиной: 6,8 и 11,5 м — при условном диаметре труб 60... 102 мм; 11,5 — при условном диаметре труб 11.. 168 мм.

Для изготовления бурильных труб и соединительных муфт к ним применяется сталь определенной прочности (табл. 1).

В настоящее время широко распространены бурильные трубы с высаженными внутрь концами. Эти трубы имеют большую толщину высаженного конца, чем тело трубы, и меньшее проходное сечение, в результате чего увеличивается сопротивление прокачиваемого раствора. Трубы с высаженными наружу концами имеют большую прочность высаженной части, чем трубы с высаженными внутрь концами. Внутреннее сечение этих труб не имеет «переходов» в замках, благодаря чему сопротивление прокачиваемой жидкости значительно меньше, чем в трубах с высаженными внутрь концами (табл. 2).

2. В целях упрочнения и исключения возможности усталостного разрушения трубы по трубной резьбе применяются бурильные трубы с высаженными внутрь и наружу концами и коническими стабилизирующими поясками (ГОСТ 631 — 75). В практике бурения их называют соответственно ТБВК, ТБНК.

Иногда у стандартных бурильных труб вследствие безупорного резьбового соединения замка с трубой происходят усталостные поломки высаженных концов бурильных труб, особенно при роторном способе проводки скважин. В бурильных трубах с блокирующими (стабилизирующими) поясками за счет удлинения у замковых деталей цилиндрической выточки и обточки гладкого пояска на трубе вблизи резьбы достигается плотное сопряжение замка с трубой, навинченного в горячем состоянии. Трубы бурильные с блокирующими поясками позволяют повысить предел выносливости по сравнению со стандартными трубами приблизительно на 40 %.

3. Трубы бурильные с приваренными соединительными концами между собой соединяются посредством крупной замковой резьбы (рис. 3). Отличительная особенность этих труб — замена резьбы сваркой в местах соединения замка с трубой. Трубы этой конструкции могут быть трех типов: ТБП — трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготов­ке, не имеющей высаженных концов; ТБПВ — трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготов­ке с высаженными наружу концами; ТБПВЭ отличаются от труб ТБПВ конструкцией соединительных концов. Бурильные трубы типа ТПБ применяются только в турбинном бурении, а типа ТБПВ как в роторном, так и турбинном бурении. Трубы типа ТБПВЭ созданы для бурения скважин электробуром.

 Трубы бурильные с высаженными наружу концами и наре­занной на них крупной (замковой) резьбой (беззамковые рас­трубные трубы) предназначены для использования при бурении с погружными забойными двигателями и в роторном бурении.

Для предохранения от коррозии наружную поверхность каж­дой трубы и муфты окрашивают. На каждой трубе на расстоянии 0,..0,8 м от конца выбито клеймо, указывающее следующие дан­ные: марку стали, порядковый номер трубы, номер плавки, месяц и год выпуска, наружный диаметр трубы в дюймах, толщину стенки в миллиметрах, наименование или товарный знак завода-изгото­вителя, клеймо отдела технического контроля (ОТК). Рядом с клеймом эти же данные нанесены светлой краской. Трубы с левой резьбой имеют посредине широкий поясок, нанесенный светлой краской с надписью «левая». Резьба труб и муфт предохранена кольцами от повреждения.

Таблица 1

Характеристики стали для изготовления муфт и бурильных труб

Показатели

Группы прочности стали

Д

К

Е

Л

М

Р

Т

Временное сопротивление разрыву, МПа, не менее

637

687

735

784

882

980

1078

Предел текучести, МПа,

373

490

539

637

735

882

980

не менее

Примечание. Трубы групп прочности Р и Т изготовляются по соглашению изготовителя с потребителем.

Таблица 2 Характеристики бурильных труб и муфт к ним

Труба

Муфта

Условный диаметр трубы

Наружный диаметр, мм

Толщина стенки, мм

Внутренний диаметр, мм

Масса 1 м гладкой трубы, кг

Увеличение массы одной трубы вследствие высадки обоих концов, кг

Наружный диаметр, мм

Длина, мм

Масса, кг

Трубы с высаженными внутрь концами

60

60,3

7

46,3

9,15

1,5

80

140

2,7

9

42,3

11,3

73

73,0

7

59,0

11,4

2,0

95

166

4,2

9

55,0

14,2

11

51,0

16,8

89

89,0

7

75,0

14,2

3,2

108

166

4,4

9

71,0

17,8

И

67,0

21,2

102

101,6

7

87,6

16,4

5,0

127

184

7,0

8

85,6

18,5

9

73,6

20,4

10

81,6

22,4

114

114,3

7

100,3

18,5

6,0

140

204

9,0

8

98,3

20,9

9

96,3

23,3

10

94,3

25,7

11

92,3

28,0

127

127,0

7

113,0

20,7

6,5

152

204

10,0

8

111,0

23,5

9

109,0

26,2

10

107,0

28,9

140

139,7

8

123,7

26,0

7,5

171

215

14,0

9

121,7

29,0

10

119,7

32,0

11

117,7

35,0

168

168,3

9

150,3

35,3

9,5

197

229

16,7

10

148,0

39,0

Трубы с высаженными наружу концами

60

60,3

7

46,3

9,15

1,5

86

140

2,7

9

42,3

11,3

73

73,0

7

59,0

11,4

2,5

105

165

4,7

9

55,0

14,2

11

51,0

16,8

Трубы с высаженными наружу концами

89

89,0

7

75,0

14,2

3,5

118

165

5,2

9

71,0

17,8

11

67,0

21,2

102

101,6

8

85,6

18,5

4,5

140

204

9,0

9

83,6

20,4

10

81,6

22,4

114

114,3

8 •

98,3

20,9

5,0

152

204

11,0

9

96,3

23,3

10

94,3

25,7

11

92,3

28,0

140

139,7

8

123,7

26,0

7,0

185

215

15,0

9

121,7

29,0

10

119,7

32,7

11

117,0

35,0

Рис. 3. Труба бурильная с приварочными замками

Замки для бурильных труб. Они предназначены для соединения в колонну бурильных труб, в зависимости от конструкции которых имеют разные типы (табл. 3). Замки состоят из двух деталей (рис. 4): замкового ниппеля 1 с наружной резьбой и замковой муфты 2 с внутренней крупной резьбой; посредством таких резьб указанные детали соединяются между собой. Для соединения с бурильными трубами на замковых деталях нарезана мелкая трубная резьба. Для цельнозамковых сварных труб замок вместо трубной резьбы имеет хвостовик (табл. 4).

Таблица 3 Типы бурильных замков

Тип

Наименование

Область применения

зн

Замок с нормальным проходным отверстием

Для соединения труб с высаженными внутрь концами

зш

Замок с широким проходным отверстием

Для соединения труб с высаженными внутрь и наружу концами

ЗУ

Замок с увеличенным проходным отверстием

То же

зшк

Замок с широким проходным отверстием с конической расточкой

Для соединения труб с высаженным внутрь концами с коническими стабилизирующими поясками

ЗУК

Замок с увеличенным проходным отверстием с конической расточкой

Для соединения труб с высаженными внутрь и наружу концами с коническими стабилизирующими поясками

Утяжеленные бурильные трубы. УБТ предназначены для установки в нижнюю часть бурильной колонны с целью увеличения ее жесткости, большей устойчивости и передачи нагрузки на долото.

В настоящее время существуют несколько разновидностей УБТ, различающихся по исполнению.

1. Утяжеленные бурильные трубы сбалансированные УБТС2. Они изготовляются из хромоникельмолибденовых сталей и подвергаются термообработке только по концам. Канал УБТ получают сверлением, а механическая обработка обеспечивает необходимую балансировку труб. УБТС2 изготовляются в основном диаметрами 178, 203 и 229 мм (табл. 5).

2. Утяжеленные бурильные трубы горячекатаные. Выпускаются диаметрами 73, 89, 108, 146, 178, 203, 219 и 245 мм. УБТ этого типа изготовляются гладкими по всей длине из сталей групп прочности Д и К. Утяжеленные бурильные трубы (горячекатаные) рекомендуется применять при бурении скважин глубиной 2000...2500 м в несложных геологических условиях.

3. Утяжеленные бурильные трубы с замками УБТСЗ. Иногда при бурении скважин в целях повышения износостойкости резьбы и прочности резьбового соединения, а также облегчения ремонта применяют утяжеленные бурильные трубы с замками с коническими стабилизирующими поясками. Замок УБТСЗ изготовляется высокопрочным с механическими свойствами из стали марок 40ХН, 40ХН2МА.

Рис.  Бурильные замки:

а — типа ЗШ;

б — типа ЗН;

в — типа ЗУ;

1— ниппель;

2 — муфта

Таблица 4 Основные характеристики замков типа ЗН, ЗШ и ЗУ

Типоразмер замка

Обозначение

замковой резьбы

Номинальный диаметр ниппеля и муфты, D, мм

Ниппель

Муфта

Внутренний диаметр, Dt, мм

Номинальный

диаметр, dH, мм

Номинальная длина, LH, мм

Номинальная длина наружной резьбы, /, мм

Номинальный диаметр, dM, мм

Номинальная длина, Lu, мм

ЗН-80

3-66

80

70

25

240

70

36

240

ЗН-95

3-76

95

86

32

260

88

45

260

ЗН-108

3-88

108

102

38

275

96

58

275

ЗН-113

3-88

112

102

38

275

96

58

275

ЗН-140

3-117

140

127

58

305

108

78

305

ЗН-172

3-140

172

154

70

340

120

98

340

ЗН-197

3-152

197

181

89

365

127

122

365

ЗШ-108

3-86

108

86

54

260

88

54

260

ЗШ-118

3-101

118

102

62

275

96

62

275

ЗШ-133

3-108

133

116

71

305

114

71

305

ЗШ-146

3-121

146

127

80

305

102

80

305

ЗШ-178

3-147

178

157

101

350

127

101

350

ЗШ-203

3-171

203

181

127

365

127

127

365

ЗУ-86

3-73

86

78

44

241

76

44

241

ЗУ- 146

3-121

146

130

82

311

114

82

311

ЗУ- 155

3-133

155

140

95

335

114

105

320

ЗУ- 185

3-161

185

167

120

355

127

132

340

Элементы бурильной колонны. К элементам бурильной колонны относятся: переводники, резиновые кольца, обратные клапаны и опорно-центрирующие элементы.

Таблица 5 Размеры сбалансированных утяжеленных труб УБТС2

Условное обозначение трубы

Наружный диаметр,

Д ± 1 , мм

Резьба

Внутренний

диаметр, d± 1,5

Диаметр проточки под элеватор, Д,, мм

Теоретическая масса 1 м гладкой трубы, кг

УБТС2-120

120

3-201

64

102

63,5

УБТС2-133

133

3-108

64

115

84,0

УБТС-146

146

3-121

68

136

103,0

УБТС-178

178

3-147

80

168

156,0

УБТС-203

203

3-161

80

190

214,6

УБТС-229

229

3-171

90

195

273,4

УБТС-254

254

3-201

100

220

336,1

УБТС-273

273

3-201

100

220

397,9

УБТС-299

299

3-201

100

245

489,5

Примечание. По согласованию с заказчиком допускается изготовление труб без проточки под элеватор.

Переводники для бурильных скважин представляют собой разновидность соединительных элементов бурильной колонны (рис. 5). Применяют пять основных типов переводников. Их подразделяют на две группы: штанговые — для соединения трубы бурильной ведущей с вертлюгом и бурильными трубами; промежуточные — для соединения других элементов колонны (табл. 6).

По конструкции, материалам и размерам переводники для колонн бурильного инструмента имеют много общего с бурильными замками, а замковые резьбы их одни и те же. Переводники каждого типа и исполнения изготовляют с замковой резьбой как правого, так и левого направления нарезки. Размеры резьбы и требования к ее качеству должны соответствовать ГОСТ 5286 — 75 для бурильных замков.

Переводники для бурильных колонн изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 7360—82Е. Указанный стандарт предусматривает изготовление 90 типоразмеров переводников, которые охватывают практически все необходимые случаи их применения.

Резиновые кольца (протекторы) для бурильных труб предназначены для предохранения бурильных и обсадных колонн от взаимного истирания при бурении скважин. Конструктивно резиновые кольца могут быть выполнены разъемными или неразъемными. Несмотря на то, что в зарубежной практике бурения самое широкое распространение получили разъемные резиновые кольца (протекторы) для бурильных труб, отечественная промышленность продолжает выпускать неразъемные резиновые кольца, ГОСТ 6365-74 (табл. 7).

Для надевания неразъемных резиновых колец на бурильные трубы применяют специальные пневмомашины. Кольца перед надеванием на трубу подогревают в горячей воде при температуре 80...90°С в течение 10... 15 мин. Во избежание повреждения резиновых колец при надевании на трубы очищают заусеницы и острые кромки замков. Для предотвращения перемещения колец по трубе используют клей или другие полимеризующиеся составы.

Резиновые кольца надевают на бурильные трубы вблизи замка. Благодаря тому, что диаметр предохранительного резинового кольца больше диаметра замка, соприкосновение и трение замков труб об обсадные трубы и стенки скважин устраняется, так как резиновое кольцо (протектор) исполняет роль упругой подушки.

Обратные клапаны для бурильных труб предназначены для предотвращения газонефтеводопроявления из скважины через бурильные трубы в процессе бурения. Из всех используемых в настоящее время конструкций обратных клапанов для бурильных труб наиболее удачной следует признать конструкцию института СевКавНИПИнефть. Этим институтом разработан, изготовляется и поставляется управляемый обратный

клапан для бурильных труб (табл. 8).

Клапан устанавливается в колонне бурильных труб между замковыми соединениями над долотом. Он позволяет осуществлять самозаполнение труб промывочной жидкостью при спуске и производить при необходимости обратную промывку.

Помимо этого установка управляемого обратного клапана в колонне бурильных труб позволяет:

оставлять канал труб открытым или закрытым по желанию бурильщика;

импульсом потока сверху открывать или закрывать клапан;

производить в заданном режиме обратную циркуляцию;

Рис. 5. Схема применения переводников:

1 — вертлюг; 2 — переводник вертлюга; 3 — переводник верхней ведущей трубы; 4 — труба бурильная ведущая; 5 — переводник нижней ведущей трубы; 6 — переводник предохранительный или переходной; 7 — муфта бурильного замка; 8 — труба бурильная; 9 — ниппель бурильного замка; 10 — переводник двухмуфтовый; IIловильный метчик; 12 — утяжеленная бурильная труба; 13 — переводник двухниппельный; 14 — гидравлический забойный двигатель

Таблица 6 Назначение переводников для бурильных скважин

Группа переводников

Тип переводника

Условное обозначение

Назначение

Штанговые

Верхний

пшв

Для присоединения трубы бурильной ведущей к вертлюгу

Нижний

пшн

Для присоединения трубы бурильной ведущей к колонне бурильных труб

Промежуточные

Предохранительный и переходный

пп

1 . Для предохранения от быстрого износа резьбы нижнего переводника трубы бурильной ведущей при частом свинчивании резьбы в процессе наращивания труб при бурении и спуско-подъемных операциях.

2. Для присоединения к трубе бурильной ведущей или бурильным трубам одного размера или прочего инструмента другого размера.

3. Для перехода от одного типа замковой резьбы к другой (например, от трубы с замками ЗН к трубам с замками ЗШ)

Двухмуфто-вый Двухниппель-ный

пм

пн

Для соединения различного рода инструментов в тех случаях, когда в бурильной колонне они располагаются навстречу друг другу ниппелями или муфтами

производить отбор пластовой жидкости по каналу бурильных труб;

опускать или поднимать бурильные трубы под давлением.

Клапан (рис. 6) состоит из переводника 1, в котором собраны и зафиксированы гайкой 2 втулка 4, уплотнитель 5, седло 7и кольцо 6 на распорной планке П. В прорезах планок установлен узел управления, состоящий из стабилизатора 16, штифта 17, кольца проволочного 75, верхнего и нижнего лабиринтов 13 и 18, шарика 14 и штока 12, на который надеты пружина 10, кожух 9, кольцо 8 и навернута тарелка 3. К нижнему торцу штока винтом 21 прикреплена шайба 19 и резиновая шайба 20. Управление работой клапана осуществляется потоком промывочной жидкости, т.е. при движении потока по трубам вниз он отжимает тарелку 3 и жестко связанный с ним шток 12. Шток 12, перемещаясь вниз, одновременно перемещает шарик 14, который наполовину входит в кольцевую проточку на штоке 12 и наполовину — в лабиринтный паз, образуемый двумя лабиринтами 13 и 18. Шарик 14, перекрываясь по кольцевой проточке штока 12, одновременно (при движении штока) двигается по лабиринту, который позволяет устанавливать шток 12 соответственно в тарелку 3 в следующих положениях. При прямой промывке тарелка отжимается потоком из положения «закрыто» до крайнего нижнего положения, т.е. максимально открытого положения, причем за это время шарик 14 перемещается, перекатываясь по скосу нижней втулки лабиринта 18, из крайнего верхнего до крайнего нижнего положения. И пока осуществляется прямая промывка, канал остается открытым. При прекращении промывки в результате действия пружины 10 шток 12 с тарелкой 3 отжимается вверх, при этом шарик 14, перекатываясь по короткому скосу верхней лабиринтной втулки 13, останавливается на ее упоре, фиксируя клапан в состоянии «открыто». В таком положении клапан позволяет вести обратную циркуляцию, отбор жидкости и т.п. При возобновлении прямой циркуляции тарелка 3 вновь отжимается до крайнего нижнего положения, причем шарик 14 в этом случае перекатывается по другому скосу нижней лабиринтной втулки 18, останавливается в крайнем нижнем положении, что соответствует максимальному открытию клапана. Далее при прекращении промывки под действием пружины 10 шток 12, поднимая шарик 14, натыкаясь на другой длинный скос верхней лабиринтовой втулки 13, отводится им до конечного упора, обеспечивая тем самым перекрытие канала седла и, следовательно, канала бурильных труб.

Таблица 7

Основные размеры выпускаемых неразъемных резиновых колец (протекторов) для бурильных труб

Размер бурильной трубы, для которой предназначается кольцо, мм

Тип кольца

Размеры резинового кольца, мм

Наружный диаметр кольца, надетого на трубу, мм

Наружный диаметр

Внутренний диаметр

Длина кольца

73

А

90

50

155

115

89

Б

115

75

150

128

114

В

142

90

195

162

114, 127

вг

150

95

195

170

140

Г

165

100

200

200

168

д

190

120

210

225

Таблица 8

Технические характеристики обратного клапана для бурильных труб

Наименование

5БКЗ

Типор 5БК4

азмеры 5БК5А

5БК5

Рабочее давление, МПа

35

35

35

35

Габаритные размеры, мм:

высота

450

500

500

520

диаметр

108

146

155

178

Масса, кг

18,3

40

48

60


Рис. 6. Управляемый обратный клапан для бурильных труб конструкции СевКавНИПИнефть:

1 — переводник; 2 — гайка; 3 — тарелка; 4 — втулка; 5— уплотнитель; 6,8— кольца; 7— седло; 9 — кожух; 10 — пружина; 11 — распорная планка; 12 — шток; 13, 18 — лабиринтные втулки; 14 ~~ шарик; /5 — кольцо проволочное; 16— стабилизатор; /7—штифт; 19—шайба; 20 — резиновая шайба; 21 — винт

Очередное возобновление прямой промывки и его прекращение соответственно приводит клапан в состояние «открыто», когда можно производить обратную циркуляцию, частичный отбор жидкости и т.п. При бурении скважин без выхода бурового раствора на устье и в других подобных случаях, когда на устье невозможно определить в каком положении находится клапан (закрытом или открытом), а условия бурения требуют герметизации канала бурильных труб, клапан переделывается. В него вместо двух лабиринтных втулок устанавливают одну специальную втулку. При помощи этой втулки (на поверхности) перед спуском клапан можно установить в положение, которое оставляет канал бурильных труб открытым для обратного движения бурового раствора во время спуска бурильных труб (самозаполнение бурильных труб) до первой промывки. Первая промывка переводит клапан в состояние обыкновенного обратного клапана. Управляемый обратный клапан путем извлечения из него шарика переделывается в обыкновенный клапан.

Клапаны могут изготовлять с правыми или левыми замковыми резьбами. Серийное производство обратных клапанов для бурильных труб осуществляется по ОСТ 39-096—79. По указанному отраслевому стандарту предусмотрено изготовление 10 типоразмеров клапанов, включающих в себя: тип 1 — клапаны тарельчатые — КОБТ, тип 2 — клапаны конусные с резиновыми уплотнениями. По всем параметрам эти клапаны уступают описанному выше управляемому обратному клапану конструкции СевКавНИПИнефть.

К элементам бурильной колонны относят также опорно-центрирующие элементы (калибраторы, центраторы, стабилизаторы и т. п.)

Основные данные о резьбе. Элементы колонны бурильного инструмента (трубы бурильные, соединительные муфты, замки, трубы бурильные ведущие, утяжеленные бурильные трубы, переводники и др.) для соединения между собой снабжены резьбой двух типов: мелкой (трубной) и крупной (замковой).

Для резьбы бурильных труб и замков характерно следующее.

1. Профиль витков (ниток) резьбы треугольный с закругленными впадинами. Угол при вершине профиля равен 60°.

2. Резьба всех соединений колонны бурильного инструмента коническая. Угол, образующий конуса для мелкой трубной резьбы, составляет '/32> что соответствует Г4У24" — углу между образующей конуса и прямой, параллельной оси трубы. Этот угол равен половине угла при вершине конуса. Полной конусностью резьбы принято считать двойной уклон, т.е. '/16. Для крупной замковой резьбы полная конусность в зависимости от размера и типа принята 'Д ИЛИ '/6-

3. Число ниток трубной резьбы равно 8 на 24,5 мм с шагом 3,175 мм, число ниток замковой резьбы — 5 на 25,4 мм с шагом 5,08 мм или 4 на 25,4 мм с шагом 6,35.

 Резьба может иметь как правое, так и левое направление. Трубной резьбой снабжены бурильные трубы, соединительные муфты, трубные концы замков и переводников.

5. Трубы бурильные с блокирующими (стабилизирующими) поясками (ТБНК и ТБВК) имеют трапецеидальную резьбу (шаг 5,08 мм, профиль 30°, конусность 1:32. Условное обозначение резьбы ТТ) и зарезьбовый конический поясок, обеспечивающий высокую прочность и герметичность соединения.

Замковой резьбой снабжены детали бурильных замков (ниппели и муфты), переводники, долота, ловильные инструменты и т.п.

Материалы, применяемые для изготовления элементов колонны бурильного инструмента. Такими материалами являются конструкционные среднеуглеродистые и легированные стали. В табл. 1 приведены некоторые механические свойства этих сталей.

При изготовлении все элементы бурильной колонны должны подвергаться термической обработке для улучшения свойств материалов.

Достаточно широко применяются легкосплавные (облегченные) бурильные трубы (ЛБТ) из специальных сплавов.

Легкосплавные бурильные трубы. Они предназначаются для бурения гидравлическими забойными двигателями и роторным способом. Выпускаются ЛБТ сборной конструкции гладкие и с протекторным утолщением, беззамковой конструкции, а также для компоновки низа бурильной колонны с увеличенной толщиной стенки. Легкосплавные бурильные трубы изготовляются из алюминиевого сплава Д16 в закаленном и естественно состаренном состоянии Д16Т (табл. 9). На ЛБТ навинчиваются стальные замки облегченной конструкции. Шифр стальных облегченных замков: ЗЛ-90, ЗЛ-108, ЗЛ-140, ЗЛ-152, ЗЛ-172. Здесь цифры обозначают наружный диаметр облегченного замка в миллиметрах.


Таблица 9 Характеристики труб из алюминиевого сплава Д16Т

Показатели

Наружный диаметр труб, мм

64

73

90

114

129

147

170

Толщина стенки тела трубы, мм

8

9

9

10

9

11

9

11

13

15

17

11

Площадь сечения, см2: тела трубы канала в теле трубы

14,1 18,1

18,1

23,7

22,5 42,7

32,6 69,4

33,9 96,6

40,8 90,0

39,0 130,6

47,0 122,7

54,7 114,9

62,1 107,4

69,5 100,2

54,9 171,9

Растягивающая нагрузка, кН: допустимая предельная

390 460

500 600

650 750

1 170 1530

1210 1590

1460 1920

1070 1390

1290 1680

1500 1950

1710 2170

1910 2430

1510 1980

Внутреннее давление, МПа: допустимое предельное

55 71,4

54,2 70,5

43 60

38,5 _5ЬЗ|

30,7 41,5

37,5 50,5

27 36,5

33 44,5

39 52

45 59,3

50,9 66,5

28,5 38,5

Внешнее допустимое давление, МПа

57,5

47

50

30

20,5

29,5

14

24

32

38

42

17,5

Крутящий момент, Н-м: допустимый предельный

4840 5750

7100 8450

12500 14900

21500 25550

26180 31100

30500 36250

34900 41500

40900 48560

46350 55150

51340 61000

55800 66350

56400 67100

Примечание. Предельная нагрузка допускается в аварийной ситуации.


3. Условия работы колонн бурильных труб

Бурильная колонна представляет собой вертикальный пустотелый вал с очень большим отношением длины к диаметру. При бурении, спускоподъемных и других операциях этот вал подвергается статическим и динамическим нагрузкам от растяжения, сжатия, продольного и поперечного изгиба, кручения и внутреннего давления. Характер нагрузок, действующих на бурильную колонну, не постоянен, а изменяется по всей длине. Если у забоя скважины действуют главным образом переменные нагрузки, то по мере приближения к устью скважины преобладают постоянные нагрузки.

Отличительная особенность бурильной колонны — потеря в процессе работы устойчивости, прямолинейной формы, равновесия под действием продольных и поперечных сил и крутящего момента. Ось бурильной колонны в общем случае принимает форму пространственной спирально изогнутой кривой переменного шага, величина которого увеличивается в направлении от забоя к устью скважины.

Масса бурильной колонны, вращающий момент, центробежные силы и перепад давления в отверстиях долота создают в дополнение к статическим динамические нагрузки в результате возникающих в процессе бурения осевых и поперечных колебаний колонны. Для гашения этих колебаний применяют амортизирующие устройства, устанавливаемые над долотом. Принцип действия амортизаторов основан на гашении возникающих колебаний эластичными элементами, которыми снабжен этот забойный механизм.

При роторном бурении на бурильную колонну действуют следующие основные усилия:

осевое усилие растяжения от собственной массы колонны (наибольшие растягивающие усилия проявляются возле устья скважины);

осевое усилие сжатия, создаваемое частью массы колонны и действующее в ее нижней части;

изгибающий момент, возникающий в результате действия центробежных сил в процессе вращения колонны;

крутящий момент, необходимый для вращения колонны.

При бурении гидравлическими забойными двигателями бурильная колонна неподвижна. По ней поступает промывочная жидкость к двигателю и долоту, и она воспринимает во время работы турбобура (в случае бурения турбинным способом) его реактивный момент. Так как бурильная колонна неподвижна и всегда, даже при небольшом искривлении ствола, лежит на стенке скважины, то реактивный момент воспринимается только нижней частью бурильной колонны и затухает по мере удаления к верху от турбобура вследствие трения колонны о стенки скважины. Таким образом, при бурении гидравлическими забойными двигателями число оборотов колонны бурильных труб равно нулю и ее можно считать практически разгруженной от действия вращающих моментов.

 Комплектование и эксплуатация бурильной колонны

Подготовка бурильных труб к эксплуатации. Все трубы и соединительные элементы (замки, соединительные муфты, переводники), предназначенные для работы в скважинах, перед вводом их в эксплуатацию в соответствии с требованиями государственных стандартов, нормалей и технических условий подвергают на трубных базах внешнему визуальному осмотру, инструментальному обмеру основных размеров и проверке качества нарезки резьбы гладкими и резьбовыми калибрами. Особенно тщательно осматриваются и проверяются резьбовые соединения. Резьба должна быть гладкой, без заусениц, задиров и других дефектов, нарушающих ее непрерывность, плотность и прочность. После осмотра резьбовые соединения обязательно проверяются рабочими калибрами.

Трубы и замки, признанные годными после контрольной проверки их качества непосредственно на трубной базе, перед пуском в работу свинчивают и крепят между собой. Перед навинчиванием необходимо подобрать замок к трубе по натягу резьбы и по конусности, так как этим улучшается сопряжение резьбы. Замковая деталь, имеющая отклонение конусности по большему диаметру, свинчивается с трубой, имеющей также отклонение конусности по большему диаметру; могут быть также свинчены замок и труба, имеющие отклонение конусности по меньшему диаметру. При подборе замка к трубе по натягу на трубу, имеющую натяг резьбы с плюсовым допуском, должна быть навинчена замковая деталь с натягом резьбы, выполненным в пределах минусового допуска, и, наоборот, на трубу, имеющую натяг с минусовым допуском, — замковая деталь с натягом резьбы, выполненным в пределах плюсового допуска. Соединяемые трубу и замок с номинальной величиной натяга резьбы свинчивают без подбора. Навинчивание и крепление замков производится в горячем состоянии. Детали замков, подобранные к трубам, перед навинчиванием подвергают нагреву в специальных нагревательных печах. Пока замковая деталь нагревается на конец трубы с резьбой, подготовленной для навинчивания нагреваемой детали, на определенном расстоянии от последней риски резьбы в сторону тела трубы наносится керном метка, которая в дальнейшем служит ориентиром при осевом перемещении навинчиваемой нагретой детали замка. Замковые детали нагревают до 380... 430 °С в зависимости от типоразмера.

Перед навинчиванием замка на резьбу трубы наносят соответствующую смазку, но не на всю резьбу, а только на первые три-четыре нитки, считая от торца трубы. После того как замок нагрет, а резьба на трубе смазана, надлежит вынуть термопару из замка, извлечь замковую деталь из печи и навинтить ее на трубу. Горячий замок навинчивают на трубу так, чтобы торец его совпал с поставленным на трубу керном. Допускается недовинчивание замковой детали до керна не более 1,5...2,0 мм.

Чтобы в замке не создавалось чрезмерно высокого напряжения, которое может повлечь за собой разрыв замка, нельзя допускать дальнейшее продвижение детали после совпадения торца с меткой — керном.

Замок, навинченный в горячем состоянии, при охлаждении прочно схватываясь с трубой, обеспечивает прочность и герметичность соединений, для которых опрессовка не обязательна.

Эксплуатация бурильной колонны. Смонтированные новые бурильные трубы объединяют в комплекты, в составе которых они должны работать до полной амортизации. Комплекты состоят из труб, одинаковых как по диаметру и толщине стенок, так и по длине труб. В комплект включают трубы одной марки, изготовленные одним заводом, и замки одного типа, изготовленные также одним заводом.

Состав комплекта по числу бурильных труб и их длине не ограничивается. Каждому комплекту бурильных труб присваивается свой порядковый номер, а всем трубам, вошедшим в комплект, — свои порядковые номера внутри комплекта. Все трубы маркируются. Маркировка включает в себя: порядковый номер комплекта, показатель группы прочности стали, последнюю цифру года ввода трубы в комплект, номинальную толщину стенки в миллиметрах (для бурильных труб).

Комплекты труб учитывают и отрабатывают самостоятельно. Перевод отдельных труб из одного комплекта в другой запрещается.

На каждый комплект бурильных и утяжеленных труб заводят паспорт-журнал, в котором учитываются все трубы данного комплекта. Паспорт составляют в одном экземпляре и хранят на трубной базе. Документ действует до списания всех труб комплекта в материал. В процессе работы труб в скважинах в паспорт-журнал вносят отметки о ремонте, авариях и списании отдельных труб, а также указывают номера скважин, в которых работал комплект, длину части комплекта, участвующего в проходке каждой скважины, время работы труб, проходку по скважинам и сумму начисленного износа.

Производительной работой бурильных труб, участвующих в бурении скважин, считается проходка в метрах, а для труб л обильных комплектов — число скважин, в которых они работали. На трубы, участвующие в проходке скважин, начисляется условный износ в килограммах и рублях, определяемый исходя из количества пробуренных метров в данной скважине. Порядок начисления условного износа осуществляется в соответствии с Инструкцией по эксплуатации, ремонту и учету бурильных труб (Куйбышев, ВНИИТнефть, 1979). Нормы и расценки условного износа приведены в прейскуранте порайонных расценок на строительство нефтяных и газовых скважин (ППР) и справочнике укрупненных сметных норм (ЭСН).

При достижении суммы начисленного на комплект условного износа в рублях 70 % от первоначальной стоимости труб и 90 % от стоимости замков навинченных на трубы или приваренных к ним, начисление условного износа прекращается до полной отбраковки труб. Бурильные трубы списывают по фактическому их состоянию на основании результатов осмотра, дефектоскопии и инструментальных измерений.

Бурильные трубы, разбитые на комплекты и отмаркированные, доставляются на буровую. Буровая бригада, непосредственно эксплуатирующая трубы, замки и другие детали, тщательно проверяет качество труб, ведущие трубы и т.д., доставляемые в буровую, и соответствие их паспортным данным. Буровой мастер при доставке труб на скважину одновременно получает выписку из паспортов-журналов с отрывными талонами и извещениями о получении комплектов труб. Трубы, замки, соединительные муфты, имеющие наружные дефекты (плены, трещины, кривизну и т.д.), не подлежат приемке. Обнаруженные детали с износом, выходящим за пределы норм, бракуются и отправляются на трубную базу (допустимая сработка наружной поверхности бурильных замков по диаметру при равномерном износе для ЗН-80 не более 5 мм; ЗН-95 и ЗН-108 - 6 мм; ЗН-140 - 7 мм; ЗН-172 - 8 мм; ЗН-197 - 9 мм; ЗШ-108 — 8мм;ЗШ-118 — 9 мм; ЗШ-146— 10мм;ЗШ-178 — 11 мм; ЗШ-203 — 12 мм; ЗУ-155 — 7 мм; ЗУ-185 — 8 мм).

После того как комплекты бурильных труб завезены на буровую, осмотрены и приняты буровым мастером, буровая бригада укладывает их на мостки. Отсюда их берут в процессе бурения для сборки в свечи.

Затаскивая трубы в фонарь вышки или подавая свечи из-за пальца, следует предохранять резьбу ниппеля от ударов о ротор и другие металлические предметы. При свинчивании резьбы в процессе спуска колонны бурильных труб нельзя допускать ударов ниппеля наращиваемой трубы о резьбу муфты трубы, спущенной в скважину. Во избежание самоотвинчивания и разъединения замковой резьбы при бурении забойными гидравлическими двигателями все замковые соединения закрепляют машинными ключами.

При спуске труб в скважину следует не допускать резкого торможения колонны или посадку элеваторов на ротор с ударом, так как это приводит к возникновению больших динамических нагрузок и нередко к авариям. С целью равномерного износа замковой резьбы следует при подъеме свечей менять положение средних (неразъемных) замковых соединений с концевыми (разъемными). При любом способе бурения необходимо строго руководствоваться нормами осевых нагрузок на долото, указанными в гтн.

После окончания бурения скважины при разборке свечей надлежит все трубы в замковой резьбе развинтить. Также отвинчивают все имеющиеся в колонне переводники, в том числе и предохранительный на ведущей трубе. Разобранные трубы укладывают на мостики аккуратно рядами по комплектам и обильно смазывают резьбу. Нельзя сбрасывать трубы с мостков на землю, транспортировать волоком и т.д. Ответственность за правильную эксплуатацию всех элементов бурильной колонны лежит на буровом мастере, который не должен допускать нарушений технических правил обращения с инструментом.

В процессе бурения могут происходить аварии, связанные с поломкой элементов бурильной колонны. Наиболее слабое место в бурильной колонне — резьбовые и сварные соединения бурильных труб с замками, по которым чаще всего происходят поломки. Для выявления в теле труб и в их соединениях дефектов широко используются методы дефектоскопического контроля качества труб, позволяющие определять местоположение таких дефектов, как закаточные трещины, раковины, закаты, плены, усталостные трещины и т.д. Для проверки качества труб непосредственно на буровой применяется ряд конструкций дефектоскопической аппаратуры и установок.

Эксплуатация ЛЕТ имеет некоторые особенности. В случае недостаточной интенсивности заполнения бурильной колонны (при ее спуске) промывочной жидкостью устанавливается один или несколько перепускных клапанов. Запрещается применять кислотные (грязевые) ванны для освобождения прихваченного инструмента. Концентрация водородных ионов (рН) в промывочной жидкости должна быть не более 11. Конструкция подсвечника должна предотвращать образование внутри труб ледяных пробок (замерзание части стекающего раствора в концах труб). Нельзя производить наладку машинных ключей на теле ЛЕТ. Запрещается нанесение каких бы то ни было рисок или меток на тело труб (кроме предусмотренных маркировкой).

При проводке скважины с целью достижения равномерного износа всех замковых соединений после каждых очередных 20 спуско-подъемных операций следует менять месторасположение разъемных и неразъемных замковых соединений, строго соблюдая последовательность этой замены.

Для защиты ЛЕТ от износа обязательно применение резиновых колец-протекторов.

Ремонт бурового инструмента. После окончания бурения скважины комплекты бурильных труб, ведущие трубы, УБК и переводники перевозят на трубную базу для профилактической проверки их состояния. На трубной базе трубы очищают от грязи, а резьбу замков и переводников промывают керосином или легкой нефтью. После этого трубы осматривают при помощи дефектоскопа, опрессовывают, выявляя требующие ремонта, а также негодные для дальнейшей работы.

Бурильные трубы, ведущие трубы и УБТ, требующие ремонта или имеющие исправимые дефекты, направляют после предварительной проверки в ремонтные цеха трубной базы. В этих цехах производят следующие ремонтные работы:

выпрямление искривленных и ведущих труб;

восстановление сработанной поверхности деталей;

восстановление сработанной опорной площади под элеватор у замковых муфт;

приварку к замкам колец, армированных твердым сплавом;

приварку замков к трубам;

ремонт резьб и т.д.

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначена бурильная колонна? Назовите ее основные элементы.

2 Что представляют собой трубы бурильные ведущие? Для чего они нужны?

3. Какие существуют разновидности бурильных труб?

 Каково предназначение замков для бурильных труб? Какие типы замков используются?

5. Для чего предназначаются утяжеленные бурильные трубы?

6. Что относится к элементам бурильной колонны? Охарактеризуйте каждый из них.

7. Приведите основные данные о резьбе.

8. Каковы условия работы колонны бурильных труб?

9. Расскажите о правилах эксплуатации бурильной колонны.