Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Бурильные трубы — наиболее ответственная часть бурового снаряда. Соединенные между собой бурильные трубы обра­зуют бурильную колонну.

При колонковом бурении применяются стальные буриль­ные трубы (СБТ) и легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ). В табл. 4.2 указаны механические свойства сталей, отнесен-

Таблица 4.2 Механические свойства сталей для изготовления бурильных труб Механические свойства сталей Группа прочности стали Д К Л М Предел прочности, МПа 650 700 800 900 Предел текучести, МПа 380 500 650 750 Относительное удлине­ 16 12 12 12 ние при пятикратном об­разце, % Относительное сужение после разрыва, % Ударная вязкость, Па-с 40 40 ‘ 40 40 40 40 40 40

ных к различным группам прочности, из которых, согласно отраслевой нормали ОН-41-1-68, предусмотрено изготовление цельнотянутых СБТ.

В связи с увеличением глубин скважин и применением ал­мазного бурения при высоких частотах вращения бурового снаряда возникла потребность в легкосплавных бурильных трубах, обладающих меньшей массой. В табл. 4.3 приведены механические свойства легких сплавов на основе алюминия, из которых могут изготовляться ЛБТ.

В настоящее время для изготовления ЛБТ широко приме­няется дюралюминий Д16, плотность которого р = 2800 кг/м3.

Таблица 4.3 Механические характеристики алюминиевых сплавов Марка сплава Предел прочности, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение. °о Д16Т 450 330 12 В95Т! 500 380 7 1953 540 480 6

Трубы, выполненные из этого сплава, подвергаются закалке и естественному старению. Вид этой термообработки обозна­чают индексом Т, поэтому сплав обозначают с учетом терми­ческой обработки индексом Д16Т. Сплав Д16Т малочувстви­телен к динамическим нагрузкам и к действию коррозионной среды при рН<11.

Другой алюминиевый сплав, имеющий индекс В 95Т1? об­ладает более высокой твердостью. Поэтому трубы из него могут успешно применяться при бурении скважин в абразив­ных породах. Сплав 1953 имеет более высокую коррозионную стойкость и большую механическую прочность.

Конструкции бурильных труб и их соединений различны. Промышленность выпускает ниппельные и муфтовые стальные трубы (рис. 4.4). Ниппельная труба представлена на рис. 4.4, а. Концы этой трубы утолщены высадкой внутрь. На утол­щенных концах нарезана внутренняя цилиндрическая резьба трапецеидальной формы с шагом 6,5 мм и углом наклона бо­ковых сторон профиля резьбы, равным 5°. Высадка концов трубы позволяет сохранить прочность трубы в ее нарезанной части.

Чтобы сократить время на свинчивание и развинчивание бурильной колонны при проведении спуско-подъемных опера­ций (СПО), бурильные трубы соединяют в комплекты — свечи, состоящие из 2—3 труб, которые при проведении СПО не разъ­единяют.

Ниппельные трубы соединяют в свечи или гладкими, — ПЛИ ОДНОЦрОрезПЫМII ниппелями. I Ьшнель — короткий патрубок, имеющий па обоих концах наружную резьбу для соединения бурильных труб. На цилиндрической поверхности однопрорез — пого ниппеля сделан прорез иод. ключ. Однопрорезнон нип­пель называется ниппелем типа А (рис. 4.4, б). Свечн нип­пельных труб соединяются между собой двумя ниппелями, об­разуя ниппельную бурильную колонну: ниппелем типа А и ниппелем типа Б (рис. 4.4, в). Ниппель типа Б — двух прорез-

л.

£ Упорный уступ

А-А

Plie. 4А. Сіалміая бурильная пнп — иелыгая труба с соединениями: 1 — труба; 2 — нинпель типа А; 3 — нич — ne. it» пит D

а

СГ:

"Кг —

1*-•

І. Ч

Рис. 4.5. Стальная бурильная труба М > фтОВОД) сосчш ici мій: о — труба; б — муфта: в гамкопый шпі­нель: г — замковая муфта

ной. Один прорез необходим для ключа, другой—для 🙂 леї лі­тера.

Ниппель Б на одном конце имеет наружную резьбу для соединения с трубой, а па втором конце — внутреннюю резьбу для соединения с ниппелем типа А. Ниппели изготовляются из толстостенные труб, материалом которых служит сталь марки 40Х и 45. Наружные диаметры ниппелей на 2 мм боль­ше наружного диаметра труб. Поэтому ниппельная бурильная колонна приближается к гдадкостеиной, что дает возможность уменьшить зазор меж чу — бурильными трубами и стенками сква­жины при соответствующем выборе диаметра буровой коронки. Малы» зазор обеспечивает проведение алмазного бурения при высоких частотах вращения бурового снаряда.

К соединениям бурильных труб предъявляются следующие требования: I) быстрота евннчнванпя п развинчивания свечей; 2) прочность и герметичность соединения; 3) небольшие гид­равлические (аэродинамические) сопротивления при движеппп потока очистного агента через них.

ь Ниппельные соединения в недостаточной степени удовле­

творяют этим — требованиям, время на свинчивание и развин­чивание свечей сравнительно велико, так как оно определя­ется числом ниток резьбы ниппеля. Резьба ниппелей чувстви­тельна к износу и особенно при применении труборазворотов.’ Изношенное резьбовое соединение ниппелей теряет прочность и герметичность.

Бурение с большими расходами промывочного агента при­водит к резкому повышению гидравлических сопротивлений из-за малых проходных отверстий ниппелей. Поэтому ниппель­ные бурильные колонны применяются при алмазном бурении скважин глубиной до 1000 м. Они успешно используются нрп подземном разведочном бурении горизонтальных н слабона­клонных скважин.

Муфтовые трубы (рпс. 4.5, а), так же как и ниппельные, имеют утолщенные путем высадки концы. Па копвдх труб нарезана наружная конусная, треугольная мелкая резьба. Ко­нусность резьбы 1 : 16.

Муфтовые трубы соединяются между собой соединитель­ными муфтами — короткими патрубками, имеющими внутрен­нюю резьбу для соединения с бурильными трубами (рис. 4.5, б).

Свечи, собранные из муфтовых труб, соединяются в ко­лонну бурильными замками (рис. 4.5, в, г). Бурильный замок состоит из двух частей: замковой муфты и замкового нип­пеля (или конуса). Замковая муфта на одном конце имеет внутреннюю резьбу под бурильную трубу, а на другом — на­ружную, крупную, конусную треугольную, резьбу под замко­вый ниппель. Конусность этой резьбы равна 1 : 6.

11а поверхности замковой муфты сделаны два » прореза: один под подкладную вилку, другой — под элеватор.

Замковый ниппель на одном конце имеет внутреннюю резьбу — под бурильную трубу, а на другом наружную — под замковую муфту. На поверхности замкового ниппеля только один прорез под ключ. Диаметр замкового ниппеля равен диа­метру замковой и соединительной муфты. Свечи, сое чиненные бурильными замками, образуют бурильную колонну муфтово­замкового соединения.

Замковые соединения с конусной резьбой относятся к на­пряженным. Они могут передавать большие крутящие мо­менты. Эти соединения мало чувствительны к изнашиванию резьбы: при небольшом износе резьбы достаточно довернуть соединение, и оно снова становится прочным и плотным. Муф­ты и замки имеют большие проходные отверстия, что позво­ляет вести бурение с высокими расходами очистного агента. Бурильные замки и соединительные муфты, опираясь на стенки скважины, предохраняют бурильные трубы ог чрезмерною из­нашивания.

Время, потребное на свинчивание и развинчивание буриль­ных свечей при замковом соединении, мало, так как доста­точно сделать 4—5 оборотов, чтобы замок был соединен.

Указанные преимущества муфтово-замковых бурильных ко­лонн дают возможность успешно применять их при твердо­сплавном, бескерновом, гидроударном и пневмоударном буре­нии, при бурении скважин с продувкой, а также при алмаз­ном бурении скважин глубиной больше 1000 м.

Замки труб изготовляются из стали марки 40НХ, имеющей предел текучести 700 МПа и твердость 20 НИС. Часть поверх­ности замковых муфт и ниппелей (конусов), а также замковая резьба с целью повышения твердости поверхности подверга­ются закалке токами высокой частоты (ТВЧ). Основные раз­меры применяемых СБТ приведены в табл. 4.4.

В соответствии с нормалью на бурильные трубы ОН-41-1 — 68 и ВТУ СЭВ в ближайшие годы предусматривается изготов­ление бурильных труб, размеры которых даны в табл. 4.5. В ней же указаны диаметры породоразрушающего инструмента

Таблица 4.4 Размеры стальных ниппельных и муфтовых бурильных труб в мм Наружный диаметр труб Внутренний диаметр труб Длина трубы Наружный диаметр ниппеля Внутренний диаметр ниппеля Наружный ■ диаметр замка Диаметр от­верстия в вы­саженной части Масса 1 м гладких труб, кг 33,5 24 1500 3000 34 14 — без вы­садки 3,40 42 32 1500 3000 4500 44 16 — 20 4,60 50 39 1500 3000 4500 52 22 — 26 6,05 42 32 1500 3000 4500 — — 57 22 4,60 50 39 1500 3000 4500 — — 65 28 6,05 63,5 51,5 3000 4500 6000 ‘ ■ 83 40 8,51

и соответствующие ему диаметры бурильных труб. Трубы диа­метрами 38 и 50 мм рекомендуется применять с породоразру­шающим инструментом диаметрами 46 и 59 мм, соответственно, при бурении скважин глубиною свыше 500—600 м, что позво­ляет уменьшить гидравлические сопротивления при промывке скважины.

Чтобы ослабить влияние недостатков ниппельных труб при проведении буровых работ, производственные организации ши­роко применяют при бурении алмазной коронкой диаметром 59 мм ниппельную бурильную колонну диаметром 50 мм, свечи в которой соединены бурильными замками с внешним

Таблица 4.5 Размеры бурильных труб по ОН-41-1—68 и ВТУ СЭВ в мм Вид соединения Диаметр коронки Наружный диаметр труб Внутренний диаметр труб Наружный диаметр муфты Ниппельное 26 24 14 35 32 20 — 46 38 26 — 42 30 — 50 35 — 59 54 38 — Муфтово-замковое 59 42 30 57 59, 76 50 35 65 93, 112 60,3 50 80 131, 151 73 62 95

диаметром 57 мм, взятыми от муфтово-замковой бурильной колонны диаметром 42 мм.

Такие замки хорошо центрируют бурильную колонну в сква­жине, что дает возможность проводить алмазное бурение при очень высоких частотах вращения. Кроме того, муфтово-зам­ковые соединения надежно работают при свинчивании и раз­винчивании бурильной колонны труборазворотами, а время свинчивания и развинчивания свечей при применении замко­вой конусной резьбы резко уменьшается.

Бурильные трубы из легких сплавов изображены на рис. 4.6. Ниппельная труба (ЛБТН) имеет на одном конце нип­пель типа А, а на втором — ниппель типа Б. Стальные нип­пели соединяются с трубами на самотвердеющем клее УС-1. ЛБТ изготовляют диаметрами 24, 34, 42, 54 и 68 мм.

При глубоком разведочном бурении в основном применя­ются трубы диаметрами 42, 54 и 68 мм. Основные параметры этих труб указаны в табл. 4.6. Муфтовые легкосплавные трубы соединяются стальными муфтами. Свечи в колонну соединя­ются стальными замками. При бурении коронкой с диаметром 76 мм применяют ЛБТМ-54. Замки этих труб изготовляют из стали 40ХН, а соединительные муфты из стали 36Г2С. Зам­ки и муфты устанавливают на клее УС-1.

Бурильные трубы, входящие в комплексы ССК (рис. 4.7) п КССК, должны пропускать внутри бурильной колонны съем­ные керпоириемиики, поэтому они имеют конструктивные осо­бенности. На рис. 4.7,0 показана труба комплекса ССК, На од­ном конце она имеет наружную, на другом — внутреннюю резьбу. Соединяясь между собой, трубы образуют гладко­ствольную колонну.

… 1тУ" Ъ]

..ЛПГГ

Рис. 4.(i. Бури. чькыс трубы пл лстких сплавов;

и ниппельная грубя ЛБТН ")|: / ннппемь гшы А. ? труба; 3 — ниппель пша и: О — муфюиаи труба JIIjI’VI 51: /— замоК1; 2 — трубя: >?—муфта

Резьба труб конусная, с конусностью 1 :32. Профиль резьбы трапецеидальной формы. В соединении груб имеются две упор­ных поверхности, которые на рнс. 4.7,6 обозначены буквами Л и Б. При предварительной затяжке резьбы упорные по­верхности упруго деформируются, чем обеспечиваются проч­ность и герметичность соединения.

Трубы комплексов ССК изготовляются из стали 36X11М. имеющей предел прочности 700 Па н предел текучести 600 Па.

Таблица -1.6 Периметры ЛБТН Обо *11,| 4011 III4 трупы Наружным дмяметр, мм Толщина стопки, мм Длнн;| одной трубы, м Мясе а трубы с соединениями, чг ЛБТН 12 12 8 4.7 3,8 ЛБТН-5-1 54 9 1,7 ^.-1 ЛВТП-68 68 9 1,7 5,8

При бурении коронками диаметрами 46, 59 и 76 мм при­меняются комплексы ССК-46, ССК-59 и ССК-76. Наружные диаметры бурильных труб указанных комплексов 43, 55 и *0 мм. Бурильные трубы комплексов ССК. рассчитаны на бурение скважин глубиной 1000—1500 м.

При бурении скважин диаметром 76 мм п глубиной до 2000 м используется комплекс КССК-70. В него входят спе­циальные бурильные трубы, соединяемые муфтами. Свечи в ко­лонну соединяются бурильными замками. Бурильные трубы изготовляются из стали 36 Г2С. Диаметр груб 70 мм. Трубы высажены внутрь. Диаметр проходного отверстия в высажен­ной части ’53 мм. Через отверстие этого диаметра свободно проходит кериопрпеадиая труба с внешним диаметром 48 мм. Комплекс КССК успешно применяется при глубоком разведоч-

г~

Г

Рис. 4 7 Г>урплы1УЯ труба I.™ ((’.К: а — гриа: С — резьбовое соединение

ном бурении па угольных, соляных и ряде рудных месторож­дений, сложенных породами до IX—X категории по буримостп.

При проектировании буровых работ приходится выбирать- материал бурильных труб с учетом нагрузок, действующих на трубы при бурении, или же при заданном материале труб устанавливать допустимые на трубы нагрузки. В связи с этим кратко рассмотрим работу колонны бурильных груб и совре­менные методы определении напряжений в различных частях бурильной колонны.

Один комментарий на “БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ”