Содержание:

     Введение

     Бурильная колонна - связующее звено между долотом, находящимся на забое скважины, и буровым оборудованием, расположенным на поверхности.

     Бурильная колонна предназначена для подвода энергии (механической, гидравлической, электрической к долоту), обеспечения подачи бурового раствора к забою, создания осевой грузки на долото, восприятия реактивного момента долот забойного двигателя.

     Основные элементы, составляющие бурильную колонну, - ведущие трубы, бурильные трубы, бурильные замки, переводники, центраторы бурильной колонны, утяжеленные бурильные трубы.

     Ведущие трубы предназначены для передачи вращения от ротора к бурильным трубам. Бурильные трубы составляют основную часть колонны. При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и для подачи бурового раствора к забою скважины.

     Эффективность бурения с применением  ТБЛ

     ОАО "Завод бурового оборудования" в 2005 г. начал серийный выпуск разработанных СКБ "Геотехника" легкосплавных бурильных труб нового поколения – ТБЛ (трубы бурильные легкосплавные). Они превосходят аналоги, т.е. отечественные трубы ЛБТН (разработка СКБ «Геотехника» 1974 г.) и зарубежные (практически не отличающиеся от труб ЛБТН) трубы ниппельного соединения по:

• номенклатуре,
• долговечности,
• прочности,
• производительности бурения и
• удобству в эксплуатации.

     Номенклатура  труб и взаимозаменяемость со стальными трубами  ТБСУ

     Трубы ТБЛ, как и стальные ТБСУ, выпускается 5-ти диаметров 43; 55; 63,5; 70; 85 мм с толщиной стенки 5; 7; 7,5; 9; 9,5 мм и двух видов прочности: П – прочная и ПП – повышенной прочности, причем последние имеют утолщенные внутрь концы до 9; 13 или 16 мм, что позволило одновременно повышением прочности соединений предусмотреть трубы с минимальной толщиной основной стенки, т.е. вариант наиболее легких труб.Применение одинаковых наружных диаметров и разъемных замковых резьб обеспечивает полную взаимозаменяемость труб ТБЛ и ТБСУ.

     Трубы типа ЛБТН предусмотрены 3-х диаметров: 42; 54; 68 мм также как и зарубежные аналоги (33,4; 43,2 и 53,3 мм), они имеют ниппельные соединения на цилиндрической резьбе трапецеидального профиля как в неразъемном соединении ниппелей с трубой, так и в разъемном соединении ниппелей между собой. Трубы ЛБТН не взаимозаменяемы с трубами ТБСУ.

     Долговечность

     По  долговечности бурильные трубы  ТБЛ значительно превосходят  аналоги. Наличие разъемных замковых резьб и их поверхностное упрочнение методом карбонитрации (насыщение  на глубину до 0,3 мм атомами азота и углерода) полностью исключает выход из строя резьб по причине заеданий и износа.В трубах ЛБТН для предохранения от износа и заеданий резьб предусмотрены центрирующие пояски, которые, удорожая изделие, недостаточно эффективны, так как сами подвержены интенсивному износу. Поэтому ниппели выпускаемых оренбургским заводом труб ЛБТН также подвергаются карбонитрации, что существенно повышает их долговечность в сравнении с такими же трубами всех известных других производителей. Однако они уступают упрочненным таким же способом замковым резьбам, так как последним требуется почти вдвое меньше оборотов до полного свинчивания резьбового соединения. Что касается зарубежных аналогов, то все они выполнены с разъемными цилиндрическими резьбами и, не имея указанных выше центрирующих поясков, не могут быть применены в условиях отечественного геологоразведочного бурения с использованием труборазворота для свинчивания – развинчивания бурильной колонны.

     Прочность

     Прочность легкосплавных бурильных труб зависит  от конструкции соединения трубы с деталями замка. Трубы ТБЛ типа П и ПП (см. выше) отличаются от труб ЛБТН и зарубежных аналогов тем, что:

     · соединение трубы с муфтой и ниппелем замка выполнена посредством  резьбы треугольного профиля, обладающей по впадинам значительно меньшей концентрацией напряжений, чем резьба трапецеидального профиля труб ЛБТН и зарубежных аналогов, что обуславливает существенное превышение предела выносливости первой на знакопеременный изгиб;

     · диаметр резьбы в соединении трубы  с муфтой и ниппелем замка для каждого типоразмера выбран из расчета обеспечения равнопрочности резьбовых концов трубы из алюминиевого сплава и стальных деталей замка в то время, как у труб ЛБТН и зарубежных аналогов диаметр резьбы одинаков в неразъемном и разъемном соединении и выбран только из условия равнопрочности последнего, в результате чего весьма часты обрывы по резьбе трубы из-за ее недостаточной прочности, что подтверждается опытом эксплуатации.

     Благодаря указанным конструктивным особенностям прочность на знакопеременный изгиб труб ТБЛ типа П на 35% выше, чем у труб ЛБТН и зарубежных аналогов, а труб типа ПП еще на 15-20% выше благодаря утолщенным концам заготовок труб. Например, предельный знакопеременный изгибающий момент (Мпред) трубы ТБЛ – 55 типа П и ПП равен соответственно 540 и 610Нм против 400Нм у трубы ЛБТН-54.

     Производительность  бурения и эффективность  коррекции трассы скважин с применением  ТБЛ

     Легкосплавные бурильные трубы наиболее эффективны при высокочастотном, преимущественно  алмазном способе, бурения, а также при коррекции трассы скважин и направленном(многоствольном)бурении.  
Это наглядно можно представить на 2-х примерах расчета. В первом примере рассчитываем предельно допустимую частоту вращения для прямолинейной скважины при алмазном способе бурения, во втором - предельно допустимую интенсивность искривления скважины при направленном бурении. Расчеты выполняем для труб ТБЛ-55 типа П (с толщиной стенки 9 мм ) и ПП (с толщиной стенки 7,5 мм ) в сравнении с трубой ЛБТН-54 с толщиной стенки 9 мм .

     Удобство в эксплуатации

     Трубы ТБЛ, как и стальные ТБСУ, выпускаются 5-ти диаметров: 43, 55; 63,5; 70 и 85 мм с толщиной стенки: 5; 7; 7,5; 9 и 9,5 мм. Применение одинаковых наружных диаметров и разъемных  замковых резьб обеспечивает полную взаимозаменяемость труб ТБЛ и ТБСУ. Полная взаимозаменяемость со стальными трубами по наружным диаметрам и разъемным резьбам обеспечивает полную взаимозаменяемость спуско-подъемного инструмента: подкладных и ведущих вилок труборазворота, кольцевых и полуавтоматических элеваторов с наголовниками, переходников и др., позволяет сократить номенклатуру этого инструмента и создает большие удобства в эксплуатации.

     Удобства  в эксплуатации обусловлены прежде всего возможностью формировать различные оптимальные компоновки бурильных колонн из стальных ТБСУ и легкосплавных ТБЛ бурильных труб.

     Например, при бурении в крепких породах коронками диаметром 93 мм скважин глубиной 200 и более метров целесообразно установить в нижней части колонны стальные трубы ТБСУ-85 длиной 150 м (для создания осевой нагрузки до 20 кН), а в верхней - легкосплавные ТБЛ-85. Это позволит использовать самые высокие частоты вращения, которые могут быть сохранены на значительных глубинах скважин при высокой надежности бурильной колонны.

     Другой пример: при бурении скважин, имеющих отдельные искривленные участки большой интенсивности, целесообразно на соответствующих участках бурильной колонны установить легкосплавные трубы (например, ТБЛ-63,5), а в качестве основных в колонне использовать стальные трубы (например, ТБСУ 63,5), что также обеспечит максимальную надежность колонны и работу на высоких частотах вращения. В этом случае наращивать колонну следует снизу.

     Кроме того, в обоих случаях будут облегчены условия труда буровой бригады - при спуско-подъемных операциях отпадает необходимость замены элеваторов, наголовников и вилок труборазворота, а трудоемкость ручных операций с легкосплавными трубами помощника бурильщика значительно снижается. 
 

     Легкосплавные бурильные  трубы (ЛБТ) применяются в структурном, разведочном и эксплуатационном бурении, а также при капитальном  ремонте скважин.

     Замки на легкосплавные бурильные трубы  навинчиваются в холодном виде на специальном стенде. После очистки и промывки резьб у трубы и замка на 3/4 длины резьбы труб наносится уплрт-нительная смазка К.НИИНП-2 или УС-1. Детали замков подбираются по натягам, замеренным при навинчивании резьбовых калибров. Рекомендуемые суммарные натяги для 147-мм труб 19—21 мм, для труб всех остальных диаметров 15—17 мм.

     Легкосплавные бурильные трубы................ 55

     С каждым годом объем бурения с  применением ЛБТ возрастает. В  районах с малоосложненными условиями  бурения, где забойные температуры  сравнительно невелики и применяются пресные буровые растворы с щелочностью рН<8,5, легкосплавные бурильные трубы показали высокие эксплуатационные качества. Отдельные комплекты ЛБТ работают по 7—8 лёт. Однако в условиях, где применяются высокощелочные и минерализованные буровые растворы, при наличии высоких забойных температур, коррозионная стойкость материала ЛБТ существенно снижается. В этих случаях требуется применение специальных мер для защиты труб от агрессивной среды.

     В СССР легкосплавные бурильные трубы  изготовляются из дюралюминия повышенной прочности марки Д16Т (ГОСТ 4784—74). Этот сплав относится к системе А1—Си—Mg. Основой его является система А1—Си. Сплавы этой системы восприимчивы к закалке и последующему старению. Упрочнение достигается при содержании 3,8—4,9% Си.

     В настоящее время в СССР исследуют  применение легкосплавных бурильных  труб из титана в высокотемпературных  скважинах [137, 152]. Так как 1 т труб из титана стоит 25000 руб., то эти трубы, вероятно, найдут ограниченное применение для комплектования нижних секций бурильной колонны на сверхглубоких скважинах. Легкосплавные бурильные трубы из алюминиевых сплавов применяют также за рубежом: в США, Англии, Франции, ФРГ, Швеции и ЧССР. Американские фирмы "Рейнолдз Металз Компани" и "Алюминиум комяани-оф-Америка" ("Алкоа") изготовляют из сплавов 2014-Тв и 7075-Тв. Сплав 2014-Тв относится к системе А1—Си—Mg (аналогичен Д16Т). Сплав 7075-Тв относится к системе Al—Zn—Mg и имеет более высокую прочность. Фирмой "Рейнолдз Металз Компани" созданы антикоррозионные синтетические покрытия для внутренней поверхности ЛБТ.

     Осевая  нагрузка создается весом секций утяжеленных бурильных труб, а  в отдельных случаях, при турбинном  бурении, весом стальных бурильных  труб. Легкосплавные бурильные трубы, как правило, в создании осевой нагрузки не участвуют.

     Легкосплавные бурильные трубы работают практически  в одинаковых условиях со стальными. Отличием является несколько увеличенный  наддолотный комплект, который состоит  из обычной компоновки УБТ и комплекта  стальных бурильных труб длиной 300—500 м. Таким образом, наиболее опасные переменные нагрузки частично приходятся на стальные бурильные трубы.

     Второе  направление — это придание среде, в которой работают легкосплавные  бурильные трубы, таких свойств, при которых процессы коррозионного  разрушения будут резко замедлены, что сможет обеспечить эффективное применение существующих конструкций ЛБТ в жестких условиях скважины. Применение ингибиторов коррозии, при достаточном их ассортименте для различных условий бурения, является довольно эффективным средством, удовлетворяющим этим требованиям.

     91. Легкосплавные бурильные трубы. "Нефте- и газодобывающая промышленность", 1968, № 38, 24 с. с ил.

     Следует полагать, что по крайней мере в  ближайшие 10- 15 ;кт сохранится достаточно большой объем бурения коронками диаметрами 7(1, 93 и 112 мм. На бурильную колонну в этих УСЛОВИЯХ действуют больниц- изгибающие нагрузки и в случае применения гладкоствольной колонны ниппельного соединения прочность <<• будет недостаточной. Для бурения таких скважин необходимо использовать стальные и легкосплавные бурильные трубы муфтопо-замкового соединения диаметром преимущественно 50 и 54 \:м с включением в состав бурильной колонны УБ'Г, диаметр которых должеч быть максимально близок к диаметру скважины.

     Заключение

     За  счет внедрения новой конструкции можно получить:

• увеличение среднего срока службыбурильных труб более чем в 2 раза;
• уменьшение гидравлических потерь более чем на 10%;
• эконимию энергетических затрат при бурении,особенно при глубине более 1000 м,экономия составляет более 20%;
• уменьшение количества спуско-подъемных операций за счет уменьшения отказов бурильных колонн более чем в два раза;
• увеличение межремонтного периодабурильных труб в 1,5 раза.