Техническая характеристика элементов бурового снаряда
Бурильные трубы служат для: соединения колонкового снаряда с вращателем бурового станка, подачи бурового снаряда по ме-
30
ре углубления скважины и смены породоразрушающего инструмента, передачи на породоразрушающий инструмент осевой нагрузки и крутящего момента, подачи на забой промывочной жидкости (сжатого воздуха) и других вспомогательных работ, выполняемых в процессе бурения скважины.
Бурильные трубы изготавливаются цельнотянутыми бесшовными из высококачественных’ сталей или специальных сплавов с резьбовыми соединениями трех типов: муфтово-замковым, ниппельным и «труба в трубу». Резьбовые соединения могут иметь как правую, так и левую резьбу.
Стальные бурильные трубы (СБТ) изготавливают из сталей марок Д, 36Г2С, 38ХНМ; легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ)—из сплава Д16Т; соединительные резьбовые элементы бурильных труб — из сталей марок 40Х, 45У, 40ХН. Механические свойства материала бурильных труб и соединительных элементов приведены в табл. 11.
|
Таблица 11
|
Бурильные трубы муфтово-замкового соединения имеют высаженные внутрь концы для увеличения прочности в местах соединений и наружную резьбу для соединения труб в колонну соединительными муфтами и бурильными замками. Муфты предназначены для соединения труб в свечи, они имеют внутреннюю резьбу. Бурильные замки служат для соединения свечей в колонну. Бурильные трубы муфтово-замкового соединения и соединительные муфты к ним изготавливаются в соответствии с ГОСТ 7909—56; бурильные замки — в соответствии с ГОСТ 7918—75. Основные размеры бурильных труб муфтово-замкового соединения, соединительных муфт и бурильных замков к ним приведены в табл. 12.
Муфтово-замковые соединения обеспечивают повышенную
прочность бурильной колонны, минимальные гидравлические сопротивления при прокачивании промывочной жидкости. Бурильные трубы муфтово-замкового соединения применяются при твердо-
|
Т а б л и ц а 12
|
|
1 |
сплавном, бескерновом, гидроударном, пневмоударном бурении, а также при алмазном бурении скважин глубиной свыше 1000 м.
Бурильные трубы ниппельного соединения имеют высаженные внутрь концы, на каждом из которых нарезана внутренняя резьба для соединения труб и свечей ниппелями. Бурильные трубы ниппельного соединения имеют ниппели двух типов: типа А — однопрорезные или гладкие с наружной резьбой на обоих концах, служащие для соединения бурильных труб в свечи; типа Б — двухпрорезные с наружной резьбой на одном конце и внутренней на другом конце, служащие для соединения свечей в колонну. Ниппели этих типов изготавливаются в соответствии с ГОСТ 8482—57.
В настоящее время для алмазного бурения разработаны новые стальные бурильные трубы ниппельного соединения и ниппели к ним, которые будут поставляться в соответствии с ТУ 14-3-679—78. Основные размеры стальных бурильных труб ниппельного соединения для алмазного бурения с высокими частотами вращения бурового снаряда и ниппелей к ним приведены в табл. 13 [6, 23].
Легкосплавные бурильные трубы ЛБТ изготавливаются из алюминиевого сплава Д16Т с соединениями двух типов: * муфтовозамковыми ЛБТМ и ниппельными ЛБТН. Соединительные замки и ниппели изготавливают из стали марки 40ХН; муфты — из стали марки 36Г2С. ЛБТ изготавливают прямостенными без высадки концов, с большой толщиной стенки (7—9 мм), что обеспечивает их достаточную износостойкость.
ЛБТ обеспечивают возможность бурения на большие глубины, с высокими частотами вращения бурового снаряда и с меньшими
|
Т а б л и ц а 13
|
энергетическими затратами в сравнении со стальными бурильными трубами за счет меньшей массы колонны (плотность сплава Д16Т р = 2800 кг/м3), меньшего коэффициента трения о породу, рационального соотношения между диаметрами труб и скважины, а также за счет высокой точности их изготовления. В целом отмечено, что применение ЛБТ обеспечивает рост производительности бурения на 20—25 % [23].
Применять ЛБТ не рекомендуется в зонах локального искривления скважин с интенсивностью искривления более 1 градус/м, так как это может привести к обрыву труб.
Краткая техническая характеристика ЛБТ приведена в табл. 14. Для осуществления бурения снарядами со съемными керноприем-
|
Таблица 14
|
|
* Для алмазного бурения. |
никами (ССК и КССК) были разработаны и внедрены в практику новые бурильные трубы с соединением «труба в трубу» (для ССК) и замковым (для КССК) ‘со специальной резьбой повышенной прочности.
Бурильные трубы для ССК Изготавливаются с высокой точностью из высококачественных сталей (38ХНМ), с гладкой наружной и внутренней поверхностью, тонкостенными, с большим внутренним проходным сечением и малым зазором колонна — скважина при соотношении й/й = 0,926. Бурильные трубы для комплекса КССК в отличие от ССК имеют специальные замковые соединения, позволяющие механизировать процесс свинчивания и развинчивания труб. Бурильные трубы для КССК изготавливаются из стали марки 36Г2С, замки — из стали марки 40ХН. Краткая техническая характеристика труб для ССК и КССК приведена в табл. 15.
|
Таблица 15
|
Утяжеленные бурильные трубы (УБТ) применяются для создания осевой нагрузки на породоразрушающий инструмент при бурении скважин диаметром 76 мм и более; устанавливаются либо непосредственно над долотом (бескерновое бурение), либо над колонковой трубой.
При использовании УБТ дрстигается необходимая жесткость нижней части бурильной колонны, что снижает возможность искривления скважины, обеспечивает работу бурового снаряда при высоких частотах его вращения, а также уменьшает износ бурильных труб, повышает надежность работы бурильной колонны.
УБТ изготавливаются из стали марки 36Г2С, ниппель и муфта к ним — из стали марки 40ХН.
Необходимая длина УБТ рассчитывается в зависимости от требуемой нагрузки на породоразрушающий инструмент по следующей формуле:
^УБТ = йР1ёЯ УБТ» (IV. 1)
где Р — нагрузка на породоразрушающий инструмент, даН; <7убт — масса 1 м УБТ, кг/м; а — коэффициент (а= 1,254-1,5), большие значения коэффициента а принимаются при бурении глубоких скважин; £ = 9,81 м/с2.
В настоящее время УБТ выпускают с приваренными муфтами и ниппелями типа УБТ-РПУ-89 и УБТ-Р-73.
Техническая характеристика утяжеленных бурильных труб с приваренными соединительными элементами
TOC o "1-5" h z Наружный диаметр труб, мм………………………………………….. *………………… …………………………………………………………………………………….. 73…………………………………………………………………………………….. 89
Толщина стенки, мм…………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………….. 19……………………………………………………………………………………………………….. 22
Диаметр замкового соединения, мм…………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………….. 80……………………………………………………………………………………………………….. 90
Минимальный внутренний диаметр соединения, мм…………………………….. 28 28
Длина трубы в сборе, мм…………………………………………………………………….. 4625…………………………………………………………………………………………………….. 4620
Масса 1^м трубы, кг…………………………………………………………………………………………………….. 25,3……………………………………………………………………………………………………….. —
Масса трубы в сборе, кг… •………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… 118……………………………………………………………………………………………………… 167
Колонковые трубы служат для приема керна и направления снаряда в процессе бурения. При колонковом бурении применяются одинарные и двойные колонковые трубы. Одинарная колонковая труба представляет собой тонкостенную стальную бесшовную трубу с внутренней резьбой на обоих концах. Резьба верхнего конца служит для соединения колонковой с переходником на бурильные трубы или УБТ. Резьба нижнего конца служит для соединения с корпусом кериорвателя или непосредственно с коронкой. Одинарные колонковые трубы выпускаются в соответствии с ГОСТ 6238—77. Длина применяемых колонковых труб не должна быть менее трех метров во избежание искривления скважины. В случае необходимости одинарные колонковые трубы соединяются между собой ниппелями.
Одинарные колонковые трубы имеют ограниченную область применения: они удовлетворительно работают лишь при бурении в монолитных и неразмываемых породах.
Двойные колонковые трубы применяют для повышения выхода керна и увеличения проходки за рейс в сложных геолого-техни — ческих условиях. В двойных колонковых трубах наружная труба соединяется через переходник с бурильными трубами и служит для передачи на породоразрушающий инструмент осевой нагрузки и крутящего момента, внутренняя труба служит для приема и сохранения керна в период рейса.
В настоящее время разработано большое количество разнообразных конструкций колонковых снарядов, рекомендуемых к применению в сложных геолого-технических условиях при различных способах бурения. Подробное описание конструкций колонковых снарядов и других технических средств для отбора керна приведено в ряде работ [23, 34 и др.].
Одним из прогрессивных способов колонкового бурения, позволяющего повысить производительность бурения в 1,5—2 раза и довести выход керна до 85—100 % с сохранением его структуры, является бурение снарядами со съемными керноприемниками.
Разработанные в СССР комплекты оборудования и специального инструмента ( вспомогательного, технологического и аварийного) для бурения скважин комплексами со съемными кернопри — емниками обеспечивают возможность бурения скважин диаметрами 46, 59 и 76 мм глубиной до 1200—2000 м в монолитных и слаботрещиноватых породах VI—X категорий буримости. В табл. 16
|
Таблица 16
|
приведены технические характеристики снарядов со съемными кериоприемниками.
Шламовые трубы, предназначенные для улавливания крупных и тяжелых частиц шлама, изготавливаются из тех же трубных заготовок, что и колонковые трубы. В нижней части они имеют внутреннюю левую резьбу под тройной переходник (ПЗА, П4А и П5А) для соединения с колонковой трубой и бурильными трубами. Длина шламовых труб не менее 1,5—2 м.
При алмазном бурении скважин малыми диаметрами (76 мм и менее) рекомендуются закрытые шламовые трубы, разработанные ВИТР [23]. Закрытая шламовая труба включается в рерхнюю часть колонкового набора и соединяется с буровым снарядом посредством верхнего и нижнего переходников.
Переходники служат для соединения колонны бурильных труб с колонковыми трубами и с колонковыми и шламовыми трубами. Изготавливаются переходники из стали марок 45 и 50 по ГОСТ 8004—80 девяти типов.
1. Переходники с колонн бурильных труб на колонковые трубы имеют в нижней части наружную резьбу под колонковую трубу
и в верхней части внутреннюю резьбу для соединения с бурильными трубами.
Переходник ПО предназначен для соединения бурильных труб ниппельного соединения диаметром 33,5 и 4,2 мм с колонковыми трубами диаметром 34, 44 и 57 мм (ГОСТ 6238—77).
Переходник П1—для соединения бурильных труб муфтовозамкового соединения (ГОСТ 7909—56) диаметром 42, 50 и
63.5 мм с колонковыми трубами диаметром от 57 до 219 мм.
Переходник П2 — для соединения бурильных труб муфтовозамкового соединения диаметром 73 мм с колонковыми трубами диаметром 108—219 мм.
2. Переходники с бурильных труб на колонковые и шламовые трубы имеют наружную резьбу в нижней части для соединения с колонковой трубой, в верхней части — наружную левую резьбу для соединения со шламовой трубой и внутреннюю резьбу для соединения с бурильными трубами.’
Переходник ПЗ служит для соединения бурильных труб муфтово-замкового соединения (ГОСТ 7909—56) диаметром 42,50 и
63.5 мм с колонковыми и шламовыми трубами диаметром от 73 до 219 мм.
Переходник ПЗА — для соединения тех же бурильных труб с колонковыми трубами диаметром 73—219 мм и со шламовыми трубами тех же диаметров.
Переходник* П4 — для соединения бурильных труб муфтовозамкового соединения диаметром 50 мм с колонковыми и шламовыми трубами диаметром 73 мм (ГОСТ 6238—77).
Переходник П4А — то же, что и П4, только с колонковыми трубами.
Переходник П5 — для соединения бурильных труб муфтовозамкового соединения диаметром 73 мм с колонковыми и шламовыми трубами диаметром 108—219 мм (ГОСТ 6238—52).
Переходник П5А — то же, что и П5, но только с колонковыми трубами.
Размеры переходников приведены в работе [6].
Наряду с перечисленными переходниками в составе бурового снаряда могут быть использованы специализированные переходники.
Переходник-центратор служит для соединения колонковой трубы с бурильной трубой и одновременно для центрирования верхнего конца колонкового снаряда в скважине с целью снижения вибрации и уменьшения износа колонковых труб. Переходник — центратор имеет увеличенный диаметр корпуса, близкий к диаметру скважины; наружную резьбу для соединения с колонковой трубой и внутреннюю — ниппельную или замковую резьбу для соединения с бурильными трубами. Боковая поверхность переходника армируется твердым сплавом.
Клапанный переходник — это переходник-центратор с обратным шариковым клапаном. Наличие обратного клапана предотвращает излив промывочной жидкости через верхний конец свечи при спуске снаряда в скважину с высоким уровнем жидкости в ней. Клапанный переходник также центрирует колонковый снаряд в скважине и снижает износ верхней части колонковой трубы.
Конусные переходники предназначены для фрезерования уступов, образующихся при переходе с большего диаметра бурения на меньший. Конусный переходник позволяет обеспечить соосность участков скважины в месте пе’рехода и предотвратить таким образом дальнейшее возможное искривление скважины. Конусные переходники армированы твердым сплавом. Они выпускаются следующих типоразмеров: ПК-93-76; ПК-76/59 и ПК-59/46.
Отсоединительный переходник предназначен для отвинчивания бурильной колонны от колонкового снаряда в случае прихвата его в скважине. Отсоединительный переходник следует включать в состав снаряда при бурении в сложных геолого-технических условиях.
Муфта отсоединительного переходника армируется твердым сплавом и при бурении служит центратором колонкового снаряда в скважине.
Переходник обратной промывки обеспечивает обратную призабойную циркуляцию промывочной жидкости, что достигается за счет его определенной конструкции.
Специальный переходник служит для соединения двух колонковых труб разного диаметра. Боковая и нижняя коническая поверхность переходника армируется твердым сплавом. Специальный переходник в ступенчатом колонковом снаряде выполняет функции переходного соединительного ниппеля, центратора и фрезера.
Ступенчатые колонковые снаряды со специальными переходниками применяют при переходе с большего диаметра скважины на меньший, чтобы обеспечить соосность стволов обоих диаметров и избежать возможного искривления скважины. Ступенчатые колонковые снаряды собираются длиной до 5,5 м: направляющая
труба большего диаметра длиной 4—5 м и короткая труба меньшего диаметра с алмазной коронкой длиной 0,3—0,5 м.
*