Общие сведения о конструкциях бурильных труб

Трубы 1–4 типов со стандартным шифром В, Н, ВК, НК выпускаются согласно ГОСТ–631–75; трубы П, ПК – согласно техническим условиям 1971, 1983 и 1984 г.г. (например, для ПК – ТУ 14–3–1293–84), трубы Д16Т – по ГОСТ 23786–79, а ЛБТВК–147 – ГОСТ 631–75, общие сведения о них представлены в таблице 1.

Трубы типа "В" и "Н" выпускаются длиной 11,5 + 0,9 м, но допускается длина 6 и 8 м; при этом короткие трубы соединяются муфтой. Толщина стенок труб (δт) составляет 7–11 мм через 1 мм. На наружных концах труб на утолщенной части (высадке) нарезается трубная мелкая резьба треугольного профиля с углом при вершине витка 60°. Наружный диаметр труб (d_н) обозначается в мм; условный d_H приведен в таблице 1.

Наиболее часто повреждения у этих труб случаются в резьбовом соединении трубы с замком. При вращении колонны происходит доворачивание замка на тело трубы, что создает дополнительные напряжения в трубе.

Для повышения прочности труб в резьбовых соединениях разработаны трубы ВК и НК с высадкой на их концах внутрь и наружу.

На рис. 1 показаны конструктивные особенности трубы ВК. Мелкая трубная и замковая резьбы трапецеидальные типа ТТ с углом профиля в 30°; резьбы удлинены по сравнению с резьбами труб 1, 2 типа, конический поясок 2 снимает часть нагрузки с резьбового соединения и уплотняет его; упор 4 предотвращает довинчивание резьбы 5. Такое резьбовое соединение, хотя и упрочненное, остается слабым звеном в трубе.

Для каждого типа бурильных труб регламентированы материал изготовления, пределы текучести (G_т) и временного сопротивления, удлинение, относительное сужение и ударная вязкость соответственно группам прочности.

В таблице 2 приведены данные о G_т для труб 1–4 типов.

Трубы группы прочности «Д» изготовляются из углеродистой стали типа ст.45, а трубы других групп прочности – из легированных сталей. Замки к трубам поставляются или той же группы прочности, или из сталей последующей группы прочности.

Рис. 1. Соединение тела трубы ВК с замком:

1 – тело трубы с высадкой; 2 – конический уплотнительный поя–

сок; 3 – муфта замка; 4 – упор замка в торец трубы; 5 – мелкая трубная

резьба; 6 – высадка трубы внутрь

Таблица 1 – Общие сведения об основных типах отечественных труб для

глубокого бурения

Таблица 2 – Предел текучести для труб 1–4 типов

Трубы бурильные с приваренными замками (ТБПВ). У таких труб осутствует мелкая трубная резьба. На концах труб делается наружное утолщение под сварку. На одном конце замка имеется замковая резьба, а на другом – толстостенный хвостовик под сварку с трубной заготовкой. Сварка производится соосно для указанных деталей труб электроконтактным способом или трением. Согласно ТУ 14–3–1293–84 высадка на концах труб делается наружу и внутрь (комбинированная), поэтому по техническим условиям эти трубы имеют шифр ПК. Применение труб ПК требует учета увеличения гидросопротивлений внутри труб за счет высадки внутрь. Длина труб П, ПК в среднем составляет 12,3 и 12,7 м с допуском до 0,9 м.

В таблице 3 приведены данные из технической характеристики труб ПК и П диаметром 114 и 127 мм.

Таблица 3 – Технические характеристики труб ПК и П диаметром 114 и 127 мм

Легкосплавные бурильные трубы. В институте "ВНИИТ–нефть" разработано несколько конструкций ЛБТ из разных сплавов. По совокупности свойств к производству приняты трубы из сплава Д16Т, в основу которого входит алюминий с добавками меди, магния и марганца. Плотность сплава Д16Т составляет 2780кг/м³.

По конструктивному исполнению выделяют термически обработанные трубы типа Д16Т, ЛБТВК, ПД16Т (с протекторным утолщением для снижения износа труб по наружному диаметру) и беззамковые ЛБТ.

Конструкция труб Д16Т принципиально не отличается от конструкции стальных труб 1 типа, а трубы ЛБТВК имеют такую же конструкцию, как трубы ВК (буква Т – термически «состарены»).

Заготовка трубы выпрессовывается из порошка сплава Д16Т; затем на концах трубы (с высадкой внутрь) нарезается мелкая трубная резьба, покрывается уплотнительным составом и наворачивается облегченный замок из легированной стали. Присоединение замка осуществляют с его нагревом до 400° С при одновременном охлаждении тела трубы. В зоне работы клинового захвата трубы имеют небольшое утолщение.

Беззамковая труба полностью выпрессовывается из порошка сплава Д16Т с последующей нарезкой замковой резьбы на утолщенных концах трубы. Трубы пока не нашли массового спроса из–за быстрого износа замковой резьбы.

Длина ЛБТ находится в пределах 12,3–12,5м, а толщины стенок предусмотрены следующие: 9 мм – для труб диаметром 114 и 147 мм; 10 мм – для 114 мм; 11 мм – для 129 и 147 мм; 13 мм – для 147, 170 мм; 15 и 17 мм – для труб диаметром 147 мм. Выпускаются также ЛБТ с dн = 54, 64, 73, 90, 103, 108 мм.

В связи с меньшими величинами плотности и модуля упругости сплава Д16Т, чем у стали, ЛБТ имеют ряд преимуществ по сравнению со стальными трубами. Так, снижаются: общий вес бурильной колонны, время СПО, транспортные расходы на перевозку труб, износ деталей подъемного оборудования. ЛБТ применяются вместо специальных не– магнитных труб, причем с ними можно эффективней управлять параметрами вибраций бурильного инструмента. С применением ЛБТ улучшаются условия работы буровой бригады.

Однако трубам Д16Т присущи и недостатки. Трубы ЛБТ сильно корродируют в средах с рН > 10, в солевых растворах и кислотах, применяемых при установке ванн при ликвидации прихватов.

ЛБТ в большей степени подвержены разрыву при гидроударах, чем стальные трубы. Прочность ЛБТ на растяжение резко снижается при одновременном приложении крутящего момента к ним, особенно с повышением температуры в скважине. Например, при температуре свыше +150°С ЛБТ применять нельзя.

При расчетах на прочность с ЛБТ следует принимать σт = 255 МПа для труб диаметром 114 мм и менее; σт = 273 МПа при трубах с dн > 114мм, а предел текучести для облегченных замков σт = 980 МПа.

Утяжеленные бурильные трубы.

УБТ необходимы для создания части осевой нагрузки на долото, в основном для динамической ее составляющей, для придания большей жесткости низу бурильной колонны. Последнее необходимо для проводки скважины в породах, в которых образуются большие каверны, и для проводки скважин согласно заданному направлению. Эти трубы толстостенные, вес 1 м их в несколько раз больше обычных бурильных труб. Применяются УБТ круглого наружного сечения, квадратного, профильного сечения (УБТ со спиральными канавками по длине трубы), в виде выпуклого треугольника и др. В нашей стране УБТ выпускаются в основном круглого сечения, горячекатанные и изготовляемые сверлением.

Замковые соединения бурильных труб. Для соединения бурильных труб между собой служат замковые соединения. Данные о замках приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Замковые соединения бурильных труб