Конструкция обсадных труб

Для крепления скважин применяют специальные обсадные трубы. Используют преимущественно цельнокатаные трубы, изготовляемые по ГОСТ 632-80. Направления и кондуктора иногда составляют из сварных стальных труб. Они имеют вид длинного полого круглого цилиндра, на концах которого нарезана наружная коническая резьба. Соединяются между собой муфтой. Обсадные трубы изготовляют бесшовными с D = 114 ¸ 508 мм и различными толщинами стенок. Толщина стенки трубы увеличивают за счет уменьшения внутреннего диаметра.

Реально трубы всегда отличаются по форме от идеального круглого цилиндра. Поперечное сечение слегка овально, толщина стенки не всегда постоянна не только по длине, но и в поперечном сечении. В связи с этим установлены допуски. Так для обычных обсадных труб с диаметром не более 219 мм и муфт к ним отклонения по наружному диаметру не должно превышать 1 %, для труб большего диаметра 1,25 %, отклонения по толщине стенки должно быть не более минус 12,5 %, по массе отдельной трубы не более +9 % .или - 6 %.

Овальность - отношение разности наибольшего и наименьшего наружных диаметров поперечного сечения трубы и их полусумме.

l - не должна превышать 80 % допускаемых отклонений по наружному диаметру; для труб до 219 мм l £ 1,6

> 2I9 l £ 2.

Обсадные трубы изготавливают из углеродистых и легированных сталей, в которых содержание серы и фосфора не должно превышать 0,045 % каждого, а содержание мышьяка - не более 0,15 %. Обсадные трубы в зависимости от предела прочности стали выпускают следующих типов (марок) - Д, К, Е, Л, Р, Т.

Трубы и муфты к ним, как правило, должны изготовлять из стали одинаковой группы прочности. Допускается, однако, изготовлять муфты к трубам диаметром до 245 мм при толщине стенки не более 10 мм, а также по всем трубам большого диаметра из стали последующей группы прочности, например, к трубам из стали группы прочности К, муфты из стали группы Е. Трубы групп прочности К и выше должны обрабатываться; в стандарте, однако, не указаны виды термообработки.

Согласно ГОСТ 632-80 все обсадные трубы диаметром 219 мм и менее и
50 % труб большего диаметра после навинчивания и закрепления муфт должны на заводе подвергаться испытанию гидравлическим давлением - опрессовка. Продолжительность опрессовки - не менее 10 с. Давление опрессовки рассчитывают так, чтобы эквивалентное напряжение на внутренней поверхности составляло в трубах с наружным диаметром 219 мм не менее 80 %, а в трубах большего диаметра - 60 % от предела текучести материала; при этом предполагают, что диаметр и толщина стенки труб соответствует номинальным значениям. Трубы, при испытании которых обнаружена течь или потение в стенке, не разрешается отгружать потребителю. Если обнаружена течь в резьбовом соединении, соединение должно быть забраковано, а на трубе нарезана новая резьба. После нарезки резьбы обязательно проводится повторная опрессовка.

Обсадные трубы должны быть прямыми. Если между концами трубы туго натянуть нить, стрела прогиба на расстоянии одной трети длины трубы от каждого из ее концов не должна превышать 1,3 мм на каждый метр длины этого участка: посередине трубы прогиб не должен превышать 1/2000 ее длины.

Заводы отгружают обсадные трубы потребителям партиями. Каждая партия снабжается сертификатами, в которых удостоверяется качество труб и соответствие их требованиям стандарта.

Резьбы обсадных труб изготавливаются в соответствие с ГОСТ 632-80 - коническая, треугольного, профиля. Конусность резьбы, т.е. отношение разности диаметров ее в двух поперечных сечениях к расстоянию между последними, равна . Коническая резьба позволяет путем натяга при свинчивании достичь несколько большей герметичности по сравнению с цилиндрической резьбой при одинаковой точности изготовления. Большая часть обсадных труб, изготовленных по ГОСТ 632-80, имеет соединения с нормальной длиной резьбы. На трубах диаметром 127 и 140 мм с толщиной стенки 7 мм длина резьбы несколько короче нормальной. Стандарт предусматривает также изготовление труб диаметром от 114 до 245 мм включительно и муфт к ним с удлиненной резьбой. Увеличение длины резьбы составляет от 13 % для труб диаметром
114 мм до 40 % для труб диаметром 245 мм.

Указанному типу резьб присуще два недостатка. Во-первых, прочность такого муфтового соединения составляет от 55 до 70 % прочности по телу ненарезанного участка трубы; наиболее слабым является сечение по основной плоскости. Во-вторых, недостаточно высока герметичность их. Поэтому, трубы с такими соединениями целесообразно использовать, прежде всего, в нижних участках обсадных колонн, где прочность на растяжение не является серьезным лимитирующим фактором, а избыточное внутреннее давление сравнительно невелико.

Прочность соединений можно существенно повысить, если треугольный профиль резьбы с большим углом при вершине заменить трапецеидальным с малыми углами наклона боковых граней. В последние годы применяются трубы, на которых нарезана трапецеидальная резьба с конусностью . Посадка резьбы осуществляется по внутреннему и наружному ее диаметрам. Трубы с такими соединениями имеют шифр OTTM-1 (обсадные трубы с трапецеидальной резьбой, с муфтами). Прочность на растяжение на 25 ¸ 50 % выше, чем соединений с резьбой треугольного профиля.

Трубы с муфтовыми соединениями повышенной герметичности имеют шифр ОТТГ-1. Они снабжены резьбой такого же профиля, что и трубы ОТТМ-1, но отличаются от последних, во-первых, наличием уплотнительных поверхностей - наружной у ниппельного конца трубы и внутренней - в серединной части муфты: во-вторых, тем, что резьбовое соединение закрепляется до упора торца трубы в срединный выступ муфты. При таком закреплении соединения создается посадка по уплотнительным коническим поверхностям и по внутреннему и наружному диаметрам резьбы, точно фиксируется заданный диаметральный натяг (0,5 мм), устраняется зазор между соединяемыми деталями, чем достигается более высокая герметичность. Отклонения по конусности гладких уплотнительных поверхностей трубы и муфты на длине 14 мм не должны превышать ± 0,03 мм.

Существуют безмуфтовые соединения труб с утолщенными концами и труб с постоянной по длине толщиной стенок. Трубы с утолщенными концами разработаны в двух вариантах. У трубы ТБО-4 (трубы безмуфтовые обсадные) утолщенные оба конца; на одном из концов нарезана наружная, а на другом - внутренняя коническая трапецеидальная резьба. В трубах ТБО-5 утолщен только один конец, на котором нарезана внутренняя резьба; на другом, неутолщенном конце имеется наружная резьба. Профиль и размеры трапецеидальных резьб на трубах ТБО такие же, как и на трубах ОТТМ-1.

На концах труб ТБО так же, как и на трубах ОТТГ-1 имеются гладкие конические уплотнительные поверхности. Соединения закрепляются до упора торцов. Трубы ТБО и ОТТГ-1 можно соединять друг с другом без дополнительных переводников.

Безмуфтовые трубы ОГ-1 м с постоянной по длине толщиной стенок снабжены на одном конце наружной, а на другом внутренней конической резьбой трапецеидального профиля. Конусность 1/12.

Резьбовое соединение закрепляется до упора торцов. Посадка резьбы происходит по внутреннему диаметру ее; кроме того, для увеличения жесткости муфтового конца предусмотрена посадка по срезанным вершинам профиля на участке от начала сбега резьбы на ниппельном конце трубы до упорного уступа. Характерной особенностью обсадных колонн, составленных из труб ОГ-1 м, является постоянство наружного диаметра по всей длине.