Бурильная колонна и ее элементы

Ведущая труба.

Ведущая труба предназначена для передачи вращающего момента от ротора к бурильным трубам, связи их с вертлюгом, исключения реверсивного вращения колонны труб при бурении с забойным двигателем.

Ведущие трубы имеют квадратное, реже шестигранное сечение: конструктивно они выполняются либо сборными, т.е. состоящими из трех деталей: собственно трубы, верхнего переводника с левыми резьбами для соединения с вертлюгом и нижнего переводника, либо цельными.

Дополнительно снизу устанавливается предохранительный переводник (иногда с протектором) – для предохранения ниппельной резьбы нижнего переводника от износа. Протектор представляет собой резиновое кольцо, защищающее обсадную колонну на устье от истирания при вращении и осевом перемещении ведущей трубы.

На концах сборной ведущей трубы нарезается наружная коническая резьба с шагом 8 ниток на длине 1" и конусностью 1:16; причем вверху левая, внизу правая. Ведущие трубы изготавливаются из стали Д и К, переводники – из стали 40ХН. При бурении на нефть и газ чаще всего используются ведущие трубы со стороной квадрата 14 мм (диагональ 178 мм - 5") и 155 мм (диагональ 203 мм-6"). Длина ведущей трубы 14,5-16,5м.

Ведущие трубы цельной конструкции выпускались опытными партиями по стандарту АНИ квадратного и шестигранного сечения длиной 12,2-16,5 м с расстояниями между вершинами граней от 83 до 197 мм из хромоникельмолибденовой стали [5-7].

Прямолинейность – основное технологическое требование к ведущей трубе, поэтому ее транспортировка должна производиться только внутри защитной обсадной трубы.

Фильтр для бурильных колонн.

Применяется, в основном, при бурении с гидравлическими забойными двигателями и с гидромониторными долотами для предотвращения попадания в двигатель и насадки посторонних примесей, способных вызвать соответственно их остановку и закупорку. Фильтр, например, типа ФБ состоит из верхнего перфорированного патрубка, фасонного фланца и нижнего патрубка, обеспечивающего устойчивость фильтра [6].

Переводники.

Применяются для соединения между собой отдельных частей бурильной колонны, имеющих различные присоединительные резьбы.

Переводники изготавливаются трех типов:

а) переводники переходные (ПП) с муфты на ниппель и наоборот;

б) переводники муфтовые (ПМ) с муфты на муфту;

в) переводники ниппельные (ПМ) с ниппеля на ниппель.

Переводники имеют замковые резьбы ЗН, ЗШ, ЗУ и изготавливаются обычно из стали 40ХН или 40Х [5-6].

Стальные бурильные трубы (СБТ).

Для бурения на нефть и газ предусмотрен выпуск СБТ диаметром 60-168 мм; наиболее применяемыми являются трубы диаметром 73, 89, 102, 114, 127 и 140 мм.

СБТ могут иметь высадку внутрь или наружу. На концах труб нарезаются трубные резьбы, на которые в условиях трубных баз наворачиваются (при нагреве до 400-450 С) муфтовые и ниппельные детали замка.

Каждая из деталей замка имеет муфтовую часть с внутренней трубной треугольной (8 ниток на 1" для обычных труб) или трапецеидальной (5 ниток на 1" для труб с повышенной прочностью и герметичностью) резьбой и муфту или ниппель с замковой резьбой.

Замки могут быть без присоединительной трубной резьбы и привариваться к телу трубы встык в месте ее высадки.

Типы замков:

а) ЗН – с нормальным внутренним проходным каналом, например 3Н-172;

б) ЗШ – с широким внутренним проходным каналом, например ЗШ – 178;

в) ЗУ - с увеличенным внутренним проходным каналом, например ЗУ – 155;

г) ЗШК, ЗУК – со стабилизирующим пояском, обжимающим тело трубы по высадке за трубной резьбой.

Числа в шифре замка – его наружный диаметр в мм; каждому типу замка соответствует определенный размер замковой резьбы, например у замка ЗШ – 178 замковая резьба 3-147, где число означает диаметр основания ниппеля в мм. На замках ЗН, ЗШ, ЗУ замковая резьба имеет 4-5 ниток на 1", а на ЗШК, ЗУК – 6 ниток на 1".

Отечественная промышленность выпускает СБТ 5 групп прочности (табл. 8.1).

Таблица 8.1

Механические свойства трубных сталей [5-8]

Плотность стали pm = 7,85 г/куб. см.

Модуль Юнга 1 рода Е = 2,06 * Е+05 МПа.

Модуль Юнга 2 рода G = 0,80 * Е+05 МПа

Коэффициент Пауссона m = 0,28.

Толщина стенок труб от 7 до 11 мм; масса 1 погонного метра (с учетом высадок и замков) от 10 до 47 кг/м; длина одной трубы 6,8 и 11,5 м (при диаметре 60-102 мм) и 11,5 м (при диаметре 114-168 мм).

Типы бурильных труб и замки к ним [5-7]:

а) ТБВ – трубы бурильные с высаженными внутрь концами, применяются с замками ЗН, Зш и только с ТБВ 127 мм – замок ЗУ –155;

б) ТБН – трубы бурильные с высаженными наружу концами, применяются с замками ЗУ;

в) ТБВК – трубы бурильные с коническими стабилизирующими поясками и с высаженными внутрь концами, применяются с замками ЗШК и ЗУК;

г) ТБНК – трубы бурильные с коническими стабилизирующими поясками и с высаженными наружу концами, применяются с замками ЗУК (за исключением ТБНК 73 мм с замком ЗШК – 108);

д) ТБПВ – трубы бурильные с высаженными наружу концами и с приваренными замками, имеющими замковые резьбы, соответствующие замкам ЗУ, ЗН или ЗШ.

Трубы ТБВК , ТБНК обладают повышенной прочностью и герметичностью, за счет наличия на них внутренних упорных торцов, стабилизирующих поясков на замках, которые обжимают тело трубы за трубной резьбой.

Бурильные трубы из алюминиевых сплавов (АБТ).

АБТ выпускаются сборной конструкции (в сборе со стальными замками типа ЗЛ и ЗЛК), а также беззамковой конструкции [8].

АБТ сборной конструкции выпускаются с внутренними концевыми утолщениями (диаметром 54-147 мм); с внутренними концевыми утолщениями и с протекторным утолщением (диаметром 129-170 мм). Длина труб 4,5-9,0 м при их диаметре зо 108 мм и 12,0 м – при диаметре свыше 108 мм.

Толщина стенки труб от 7,5 до 17,0 мм.

На концах трубы нарезаются: треугольная трубная резьба (8 ниток на 1") для замков типа ЗЛ; трапецеидальная трубная резьба ТТ (5 ниток на 1") для замков типа ЗЛК (с коническими стабилизирующими поясками).

Замки наворачиваются на трубы в нагретом (до 310-380 С) состоянии с обязательным охлаждением внутренней полости трубы.

АБТ беззамковой конструкции могут быть: с утолщенной до 33-44 мм стенкой (диаметром 146-180 мм); с внутренними и наружными концевыми утолщениями (диаметром 90-146 мм). На концах трубы нарезаются замковые резьбы соответствующего размера.

Механические свойства сплавов для изготовления АБТ приведены в табл. 4.3.

Плотность сплавов pm = 2,78 г/куб. см.

Модуль Юнга 1 рода Е = 0,71* Е+05 МПа.

Модуль Юнга 2 рода G = 0,27 * Е+05 МПа

9.