Стальные и легкосплавные бурильные трубы. Назначение, конструкция и модификации.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что бурильные трубы из алюминиевых сплавов обладают рядом существенных преимуществ перед стальными трубами. Основным преимуществом ЛБТ является их небольшая масса, так как плотность алюминиевых сплавов примерно в 2,8 раза меньше плотности стали. Несмотря на то, что ЛБТ легче стальных труб более чем в 2 раза, они допускают практически такие же нагрузки, как и стальные трубы. За счет значительного облегчения бурильной колонны ЛБТ позволяют увеличить глубину бурения действующими современными буровыми установками на 30-50% и резко снизить время на спускоподъемные операции. Нагрузка от массы колонны ЛБТ дополнительно существенно снижается за счет большей плавучести алюминиевых сплавов в промывочных жидкостях по сравнению со сталью. Например, плавучесть для стали в типичном буровом растворе равна 0,85, а для алюминиевого сплава 0,66, т. е. масса колонны ЛБТ в растворе составляет всего 66% от ее массы в воздухе. Значительное снижение массы бурильной колонны уменьшает затраты электроэнергии и износ бурового оборудования при спускоподъемных операциях. Снижение массы труб обеспечивает экономию транспортных средств на их перевозку примерно в 2 раза по сравнению с перевозкой стальных труб. Гладкая внутренняя поверхность труб из алюминиевых сплавов обладает низким гидравлическим коэффициентом трения. За счет снижения массы ЛБТ можно увеличить их диаметр, что в сочетании с коэффициентом трения уменьшит на 10-15% гидравлические сопротивления при прокачивании промывочной жидкости. Это, в свою очередь, приводит к снижению давления на насосах и повышению мощности забойного двигателя турбобура. Нанесение покрытий на внутреннюю поверхность ЛБТ способствует дополнительному снижению гидравлических потерь. Трубы из алюминиевых сплавов в меньшей степени, чем стальные, подвержены коррозии в глинистом растворе, содержащем сероводород. Отмечается, что стальные замки, соединяющие ЛБТ, в присутствии сероводорода также более стойки, чем в колонне стальных труб, так как в этом случае алюминиевый сплав, очевидно, обеспечивает электрохимическую защиту замков. Щелочные среды, характерные для промывочных жидкостей, при ограниченной концентрации водородных ионов (рН=10-11) не вызывают коррозии ЛБТ в практически опасных пределах. Благодаря тому, что алюминиевые сплавы обладают по сравнению со сталью меньшим модулем упругости, при бурении ЛБТ можно допустить в 2 раза большее искривление ствола скважины, чем при бурении стальными трубами. Бурение роторным способом наклонно направленных скважин с помощью ЛБТ проходит значительно легче, требует меньших крутящих усилий для вращения бурильной колонны, меньшей затраты мощности и не вызывает осложнений. Опыт показывает, что физический износ тела ЛБТ не превышает износа стальных труб, а износ замковых деталей при трении их о стенки искривленной скважины у труб из алюминиевых сплавов значительно ниже, чем у стальных труб. Наконец аварии при бурении с помощью ЛБТ случаются в 10 реже, чем при бурении стальными трубами, а исход их более благоприятен, так как облегчаются ловильные работы. К недостаткам бурильных труб из алюминиевых сплавов следует отнести более высокую стоимость по сравнению со стальными трубами. По данным, стоимость ЛБТ выше стоимости стальных труб марки Е в 7 раз по массе и в 2,5 раза по метражу. ЛБТ, выпускаемые фирмой «Рейнольдс металс», дороже стальных в 1,53 раза. Низкая коррозионная стойкость алюминиевых сплавов в сильно щелочных и кислых средах, усиление коррозии при контакте со сталью и недостаточно высокая прочность при повышенной температуре также снижают достоинства ЛБТ. Тем не менее большинство специалистов-нефтяников считает, что бурильные трубы из алюминиевых сплавов весьма перспективны, так как широкое их применение дает большой экономический эффект. Стоимость бурения при применении ЛБТ снижается примерно на 50%. Стальные бурильные трубы Условия работы труб в процессе бурения характеризуются высокими статическими и динамическими нагрузками в агрессивной среде промывочной жидкости. Многолетняя практика показала, что в таких условиях наиболее приемлемыми являются бесшовные цельнокатаные трубы, изготовленные из углеродистых или легированных сталей. В нейтральных средах получили применение бурильные трубы из алюминиевых сплавов. Бурильные трубы по конструктивным признакам разделяются на следующие типы. Сборные бурильные трубы:

а) с высаженными внутрь концами (ТБВ);

б) с высаженными наружу концами (ТБН);                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

в) с блокирующими поясками высаженными концами внутрь (ТБВК);

г) с блокирующими поясками и высаженными наружу концами (ТБНК).

Бурильные трубы с приваренными соединительными

а) по телу трубы (ТБП);                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          

б) по высаженной части (ТБПВ).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     Первый тип труб называется сборным, так как для соединения их в колонну с помощью соединительных элементов на концах трубы нарезается слабоконическая мелкая резьба. Трубы изготовляются с высаженными концами в соответствии ГОСТ 631-63. Высадка необходима для компенсации прочности концов труб, ослабленных нарезкой резьбы. Размеры высадки устанавливаются из расчета возможной перенарезки при ремонте трубы. Высадка наружу производится с целью увеличения проходного канала бурильных труб и тем самым снижения гидравлических сопротивлений, что важно при бурении забойными двигателями, наружу концами по ГОСТ 631-63 Трубы диаметром 60-102 мм выпускаются заводами изготовителями длиной 6+0,6; 8+0,6; 11,5+0,9 м. При диаметре 114-168 мм длина труб составляет 11,5+0,9 м. В партии при поставке допускается наличие до 25% труб длиной 8 м и до 15% - 6 м. В каждой партии по длине допускается наличие 10% труб с отклонением минус 0,3 м. Трубы снабжены стабилизирующими поясками для плотного обжатия телом замка участка, расположенного за резьбой. Кроме того, в трубах со стабилизирующими поясками предусмотрен дополнительный упор замковой детали в торец трубы для обеспечения герметизации соединения. Плотное прилегание тела трубы к пояскам замка позволяет повысить жесткость соединения и в конечном счете увеличить усталостную прочность бурильной колонны. Опытные варианты бурильных труб со стабилизирующими поясками разработаны во ВНИИБТ и АзНИПИнефти. Бурильные трубы со стабилизирующими поясками конструкции АзНИПИнефть были изготовлены из стали группы прочности Д диаметром 114 мм. Были выпущены трубы из стали марки 38ХНМ размером 140 мм. Трубы конструкции АзНИПИнефть снабжены цилиндрической резьбой М115Х4 класс 2 по ГОСТ 9150-59. Для этих труб разработаны специальные замки, имеющие шифр ЗШК и ЗУК, изготавливаемые, как и трубы, по технической документации ВНИИБТ. Испытания опытных комплектов бурильных труб со стабилизирующими поясками показали более высокую надежность при эксплуатации, выразившуюся в снижении числа аварий, связанных с поломками бурильных труб. Эти трубы используются при бурении глубоких скважин в осложненных условиях. Бурильные трубы с приваренными соединительными концами типа ТБП и ТБПВ начали применяться с 1948 г. Первоначально соединительные концы приваривались по телу трубы. Практика показала, что такие трубы обладают низкой прочностью. Поэтому трубы типа ТБП в настоящее время практически не применяются. Соединительные концы труб типа ТБПВ имеют проходное сечение, равное площади сечения трубы. Трубы с приваренными замками широко используются при турбинном способе бурения. Соединительные концы бурильных труб снабжены крупной конической замковой резьбой. Трубы типа ТБПВ имеют высокие прочностные показатели, так как термообработка сварного шва повышает их ударную вязкость. Присоединение концов к трубе производится контактно-стыковой электросваркой. Ведутся опытные работы по соединению стыков сваркой трением. Освоение производства стыкосварных труб других групп прочности позволит еще больше расширить диапазон их применения. Трубы с приваренными соединительными концами выпускаются длиной 12400 мм и 8500 мм. Возможны отклонения от этих размеров в пределах от +400 до 350 мм.