2.1. Бурильные трубы и замки

бурильный замок

Для передачи вращения от ротора к долоту применяются бурильные трубы. Через эти трубы прокачивается также к забою скважины промывочный раствор.
Бурильные трубы диаметром 3 и 2 1/2" наиболее часто применяются для разбуривания цемента: первые в 7" и 6" колоннах, вторые в 6" и 5" колоннах.
Соотношение диаметров бурильных труб и скважины установлено из необходимости ограничения чрезмерного изгиба колонны бурильных труб при бурении, который может привести к поломке труб, и для удобства выполнения ловильных работ при ликвидации аварий.

Для бурения применяются трубы с правой нарезкой, так как долото при бурении вращается по часовой стрелке.
При ликвидации аварий, когда нужно отвинчивать сломавшиеся в скважине трубы с правой резьбой, применяют трубы с левой нарезкой. В отношении размеров труб, замков и их резьбы никакой разницы, кроме направления нарезки, между правыми и левыми трубами нет.
В ряде случаев на глубину до 3000 м бурят комбинированными колоннами из 6" и 5" бурильных труб, а до 4000 м - комбинированными колоннами из 4" и 3" труб.
Для создания благоприятных условий безаварийного бурения над долотом необходимо устанавливать утяжеленные бурильные трубы, или удлинители, таким образом, чтобы давление на забой создавалось исключительно ими, т. е. чтобы бурильные трубы, опущенные в скважину, оставались при работе в растянутом состоянии.


Бурильные трубы изготовляются цельнотянутыми с высаженными концами из мартеновской стали марки С и О.

Высадка концов производится для усиления сечения в месте нарезки трубы и для возможности повторной нарезки при ремонте делается на концах, обточенных с уклоном 1 : 32.

Механические свойства бурильных труб

Современная техника бурения, требующая больших чисел оборотов при значительной нагрузке, создает исключительно тяжелые условия для работы бурильных труб. Поэтому качеству изготовления и механическим свойствам бурильных труб придается большое значение. Сталь для бурильных труб и муфт должна отвечать следующим условиям:
а) сопротивление разрыву -не менее 55 кг/см2 для стали марки С и 65 кг/см2 для стали марки О;
б) относительное удлинение соответственно не менее 14 и 12%;
в) относительное сжатие образца в момент обрыва не должно быть больше 40%;
г) ударная вязкость, влияющая на сопротивление труб изгибу и кручению, не должна быть ниже 4 кг*м/см2.
Бурильные трубы с навинченными муфтами должны выдерживать внутреннее давление от 145 до 200 ат без течи в резьбе; испытания проводят при разных давлениях в зависимости от размера труб.
Материал труб не должен иметь следующих дефектов, ухудшающих его качество: перегрева металла во время прокатки, плен, расслоения металла, шлаковых и других включений, раковин и пузырей. На трубах не допускаются поверхностные шероховатости, риски, волосовины, вмятины, пережимы глубиной более 1 мм.
Трубы диаметром 6" и 5" изготовляются длиной 12, 8 и 6 м. Трубы остальных размеров изготовляются длиной 6 м.
Бурильные трубы и муфты имеют стандартную нарезку по калибрам. Калибр нарезки имеет 8 ниток на 1", профиль резьбы с углом 60° при вершине и направление резьбы перпендикулярное оси трубы, т. е. прямая, делящая угол при вершине угла резьбы пополам, перпендикулярна к оси трубы; конусность резьбы 1/16, чему соответствует величина уклона образующей конуса резьбы к оси трубы.

Требования к резьбам

Отклонения элементов резьбы должны находиться в пределах допусков: для шага ±0,001" (0,0254 мм) на 1"; для угла резьбы Н-1°; для конусности конца трубы а - 1°47 - 1°56; для конусности в муфте трубы угол а - 1°45 - 1°47; для длины резьбы ± 1/2 нитки.
Край муфты при креплении от руки должен остановиться от последней риски на трубе на расстоянии 4 1/2 нитки, при машинном же креплении край муфты должен перекрывать последнюю риску на трубе на 1,5 мм.
Конусность труб и муфт проверяют по наружному диаметру резьбы труб и внутреннему диаметру муфт гладкими конусными нормальными или предельными калибрами (пробки полные или неполные, кольца или скобы).
Наблюдения и анализ аварийных резьбовых соединений бурильных труб указывают на несоответствие профиля резьбы концов бурильных труб и соединительных к ним замков. Обычно в бурильной трубе отламывается ее конец длиной 20-30 мм. Это указывает на неполную работу конусной части, когда работающими нитками резьбы служат только последние, а верхние нитки не участвуют в соединении и являются полностью разгруженными.
Овальность трубы, т. е. разность наибольшего и наименьшего наружных диаметров в одном и том же поперечном сечении, должна быть в пределах допусков на наружный диаметр, т. е. 1%.
Толщина стенок труб ни в одном месте трубы не должна быть менее 87,5% номинальной толщины. Допуск на толщину стенки труб в сторону увеличения ограничивается положительным допуском на вес труб.
Отклонение по весу для отдельных труб допускается 6,5 и 3,5%.
Кривизна бурильных труб по длине в средней трети длины трубы не должна превышать 3 мм для труб длиной 6 м, 4 мм для труб длиной 8 м и 6 мм для труб длиной 12 м. Местная кривизна на одной трети всей длины от концов трубы допускается 1,5 мм на 1 м длины трубы.

Бурильные замки

Бурильные замки предназначены для соединения бурильных труб в свечи. По диаметру проходного отверстия замки подразделяются на две группы:

1) ШПО (с широким проходным отверстием),

2) НПО (с нормальным проходным отверстием).

Бурильные замки, изготовляемые заводом им. Кирова в Баку, выпускаются следующих размеров: 6, 5, 4, 3 и 2 1/2".

Замок состоит из двух деталей - конуса и муфты, которые с другого конца имеют восьминиточную резьбу. Последняя должна точно соответствовать резьбе бурильной трубы. С помощью этой резьбы каждая половина замка навинчивается на бурильную трубу; другие концы половин замков имеют резьбу в 5 и 4 нитки на дюйм.

Благодаря крупной резьбе и крутому конусу свинчивание и развинчивание бурильных труб происходят весьма быстро. Бурильные трубы, будучи соединены в свечи длиной по 25-26 м, имеют на каждом конце по соединительному замку; каждая свеча бурильных труб нормально имеет по два замка. Если длина бурильной трубы 12 и 8 м, то замки ставят на каждую трубу, а если бурильные трубы имеют длину 6 м, то замки ставят через две трубы, чтобы иметь свечу длиной 12-12,5 м, которую удобно и перевозить и втаскивать в буровую. Замки изготовляют из стали марок D и С. Сталь марки D -хромистая (5130), с сопротивлением разрыву не менее 70-75 кг/мм2. Сталь марки С - углеродистая (1050), с сопротивлением разрыву не менее 55 кг/мм2.

Контроль резьбы. Калибры

Для проверки резьбы бурильных труб применяют калибры, которые делятся на

  1. рабочие,
  2. контрольные и
  3. калибры-эталоны.

Первые служат для повседневной работы на заводах, в мастерских, на промыслах по проверке выполняемой или принимаемой на готовых изделиях резьбы. Вторые предназначены только для периодической проверки рабочих калибров. С течением времени контрольные калибры переводят в разряд рабочих калибров. Наконец, калибры-эталоны служат исключительно для проверки контрольных калибров и хранятся в научно-исследовательских учреждениях.

Калибры делятся на резьбовые и гладкие. Резьбовым калибром проверяют правильность выполнения всех элементов резьбы (шаг, угол при вершине, конусность) и результат проверки резьбы сводят к определению так называемого натяга, т. е. расстояния, на котором калибр останавливается от последней риски резьбы, т. е. от того места, где резьба выходит на полный диаметр изготовляемого изделия.

Гладким калибром проверяется только правильность конусности резьбы или конца изделия перед нарезкой резьбы. Результат проверки сводится к определению качки калибра на конце готового изделия. Резьбовой и гладкий калибры состоят из кольца и пробки.

Резьба на бурильной трубе проверяется при помощи кольца калибра, последовательно навинчиваемого на резьбу трубы и на резьбу пробки калибра и как бы переносящего размеры одной резьбы на другую.

Следовательно, кольцо калибра является посредствующим приспособлением при проверке резьбы и характеризуется величиной натяга 5 кольца относительно своей пробки.

Резьбу в муфте и в замке проверяют пробкой калибра, ввинчивая ее в соединительную бурильную муфту или муфту замка. При этом пробка рабочего калибра должна выступать из муфты на установленную величину натяга А. Базой, от которой измеряется величина натяга А, является буртик на пробке, называемый последней риской.

Кольцо калибра должно остановиться от последней риски резьбы на трубе на расстоянии 5. Это расстояние определяется по пробке контрольного калибра. Величина натяга 5 кольца калибра, навинченного на пробку от руки, должна по стандарту равняться 8,585±2,540 мм.

Проверка соединительных муфт калибрами

Проверка натяга резьбы на муфте характеризуется величиной натяга А. Базой, от которой измеряют величину А, является буртик на пробке -так называемая последняя риска.

На компенсацию крепления муфты на трубе машиной допускается семь ниток (22,225 мм), считая от начала резьбы в муфте до последней риски пробки калибра.

Натяг А соединительной муфты бурильной трубы с заточкой в 3 мм при креплении вручную принят по стандарту в 4 1/2 нитки, что составляет 14,3 мм, считая от последней риски контрольного калибра до торца муфты. Таким образом, величина натяга семи ниток (22,225 мм) слагается из величины А - 14,3 мм, заточки в 3 мм и длины конусной части, равной 5 мм.

Проверка натяга восьминиточной резьбы бурильных замков характеризуется величиной натяга А, так же как и в соединительных муфтах. При определении натяга следует исходить из того, что на компенсацию крепления замка на трубе машиной допускается семь ниток (22,225 мм), считая от начала резьбы в замке до последней риски пробки калибра.

Однако вследствие увеличения заточки в замковой муфте на 15 мм против 3 мм в соединительной муфте мы имеем натяг только шесть ниток, состоящий из 15-мм заточки и 6-мм длины конусной части (15°). Вследствие этого расстояние риски пробки от торца замковой муфты или конуса будет равно 2,225 мм.

Для большей ясности приведем полученный натяг соединительной муфты, замковых муфт и конуса, навинченных на бурильную трубу от руки.

При навинчивании же замковой муфты или конуса на трубу от руки получится, как было пояснено выше, что торец будет находиться на расстоянии 2,225 мм от последней резьбы на трубе.

Проверка четырех- и пятиниточной резьбы бурильных замков

Резьбу замковой муфты проверяют по контрольному или рабочему калибру ввинчиванием пробки калибра в замковую муфту.

Высота пробки, выступающей из замковой муфты (натяг), должна равняться по стандарту 0 - 0,25 мм. Этот размер проверяют щупом, а размер замкового конуса - кольцом контрольного или рабочего калибра. Высота между замковым конусом и кольцом (натяг) равняется по стандарту 15,875 - 16,637 мм. Этот размер также надо проверять щупом.

При свинчивании замкового конуса с замковой муфтой теоретически получается натяг размером 0 - 0,762 мм.

Примечание. В калибрах завода «Калибр» величина натяга 5 отличается от стандартной. Поэтому для каждого отдельного калибра необходимо вводить поправку на величину допуска 5 по стандарту. Например, калибр завода «Калибр» имеет кольцо с выштампованным натягом 5 = 8,78 мм. Для такого калибра следует принять допуск не +2,540 мм, а 2,540-(8,78-8,585)=2,345 мм.

Рабочие, или квадратные, трубы

Рабочая труба представляет собой полую толстостенную штангу длиной 9-16 м квадратного сечения, которая является связующим звеном между вертлюгом и бурильными трубами. Чем длиннее рабочая труба, тем эффективнее можно вести процесс бурения, так как количество наращиваний будет меньше. Предназначена она для передачи вращения от ротора к бурильным трубам и долотам.

Концы рабочей трубы нарезаются по калибру восемь ниток на 1. Конусность 1/16 по диаметру. Натяг 10-15 мм. Верхний конец имеет левую резьбу, нижний правую.

Для увеличения срока службы рабочих труб их нарезанные концы предохраняют специальными переводниками: переводник на верхнем конце рабочей трубы имеет на обоих концах левую резьбу, соответствующую с одной стороны резьбе конуса рабочей трубы, а с другой - резьбе конуса переводника вертлюга. Нижний конец рабочей трубы имеет правую резьбу; один конец переводника нарезан по калибру рабочей трубы, а другой - по калибру конуса замка бурильных труб.

При работе левыми трубами при ловильных работах рабочую трубу поворачивают так, что правая резьба оказывается наверху, а левая внизу.

Рабочие трубы изготовляют из кованой или прокатной стали. При сверлении отверстий в квадратах с двух сторон смещение центров в месте схождения отверстий не должно превышать 6 мм относительно оси штанги. Смещение центров проверяют, пропуская жесткий шаблон длиной 1 000 мм и диаметром на 15 мм меньше диаметра проверяемого отверстия.

Квадрат не должен иметь кривизну более 0,5 мм на 1 м длины. Кривизна устанавливается путем укладки и проворачивания квадрата на его гранях на четырех подставках, проверенных по ватерпасу и находящихся на равном расстоянии одна от другой.

Квадраты всех размеров подвергаются гидравлическому испытанию на 120 ат. На каждом квадрате имеются марка завода, порядковый номер, дата выпуска и клеймо ОТК.

Применяются также квадратные штанги с замковой резьбой, изготовляемые путем переделки квадратных штанг обычной конструкции. На обоих концах квадратной штанги укрепляют два гладких кольца в горячем виде. Затем наворачивают резьбовые кольца, которые приваривают к телу квадратной штанги и к гладкому кольцу. После приварки резьбового кольца на обоих концах квадратной штанги нарезают замковую резьбу.

При размере сторон 6" квадратной штанги, равном 152 мм или меньшем, чем 152 мм, 6" резьба НПО не может быть нарезана полностью и будет иметь у корня конуса некоторый дефект.

Удлинители

Буровой инструмент в нижней части, непосредственно примыкающей к долоту, подвергается при работе воздействию повышенных усилий. Для увеличения его прочности между долотом и бурильными трубами ставят удлинитель. Удлинитель представляет собой ту же бурильную трубу, но более прочную; прочность создается за счет уменьшения внутреннего проходного сечения.

Удлинитель короткий

Наиболее старый и распространенный тип удлинителя имеет длину 2,13 м (для всех размеров бурильных труб).

Наружный диаметр верхней и нижней частей этого удлинителя соответствует наружному диаметру замков бурильных труб, поэтому при навинчивании удлинителя можно пользоваться теми же ключами, что и для навинчивания соединительных замков.

Наружный диаметр средней части удлинителя соответствует наружному диаметру бурильных труб, поэтому для захвата его можно было использовать те же элеваторы, что и для захвата бурильных труб.

Длина муфты удлинителя увеличена до 455 мм с целью неоднократной перерезки изношенной резьбы.

Диаметр внутреннего отверстия удлинителя соответствует внутреннему отверстию замка бурильных труб. Нарезка удлинителя с обоих концов - внутренняя, аналогичная нарезке замковой муфты бурильных труб.

Удлинитель утяжеленного типа

С 1930 г. широко применяют удлинитель утяжеленного типа, длиной около 10 м. Диаметр верхней муфты такого удлинителя соответствует диаметру замка бурильной трубы. Под муфтой имеется заточка для захвата удлинителя элеватором. Диаметр нижней части заточки постепенно увеличивается и становится несколько большим, чем наружный диаметр замка.

Тяжелый низ

В настоящее время для предохранения низа бурильной колонны от изгиба, влекущего за собой искривление скважины и поломку труб, а также для передачи достаточного давления долота на забой скважины без искривления бурильных труб между долотом и бурильными трубами ставят удлинители нового типа, называемые утяжеленными бурильными трубами или тяжелым низом. При работе тяжелого низа вся колонна бурильных труб над ним остается в растянутом состоянии.
Тяжелый низ представляет собой комплект толстостенных бурильных труб, длина которого определяется принятой в процессе бурения нагрузкой на долото.

Переводники

Переводники для рабочих и бурильных труб служат:

1) для соединения рабочей трубы (квадрата) с вертлюгом и бурильными трубами;

2) для соединения бурильных труб различных размеров;

3) для присоединения к бурильным трубам различных инструментов;

4) для соединения бурильных труб с различными резьбами.

Переводники, у которых один конец предназначен для соединения с 4" бурильными трубами, должны изготовляться из стали 40ХН или 40Х. Переводники, диаметр одного из концов которых меньше 4", изготовляются из стали 40ХН. Переводники диаметром б" изготовляются из стали 40Х или 45; а проводники диаметром 5 из стали 40Х.

Переводники должны выполняться в полном соответствии со стандартом на бурильные замки НПО и ШПО для бурильных труб.

На боковой поверхности переводников в специально выточенных кольцевых поясках шириной 10 мм и глубиной 1,5 мм клеймятся марка завода, шифр переводника, марка стали и дата выпуска.

Ширина второго пояска переводника с левой резьбой 5 мм.

Верхние переводники предназначены для соединения вертлюга с рабочей трубой (квадратом). С обоих концов они имеют левую резьбу соответственно левой резьбе вертлюга и квадрата. При применении левых бурильных труб (при ловильных работах) может быть применен специальный левый квадрат с правой резьбой на верхнем конце, в этом случае верхний переводник должен иметь правую резьбу.

Нижние переводники предназначены для соединения нижнего конца рабочей трубы (квадрата) с промежуточным переводником. С обоих концов они имеют правую резьбу.

При работе левыми бурильными трубами резьба нижних переводников также должна быть левой.

Предохранительные (переводные или промежуточные) переводники предназначены для соединения нижнего переводника на квадратной штанге с замковой муфтой бурильной свечи. Основное назначение их - предохранить нижний переводник на квадратной штанге от быстрого износа вследствие частого отвинчивания и навинчивания на бурильные трубы при наращивании инструмента.

При наличии предохранительного переводника отвинчивание квадратной штанги при наращивании и спускоподъемных операциях производится в соединении предохранительного переводника с замковой муфтой бурильной трубы.

Двухмуфтовые переводники предназначены для соединения бурильных труб с метчиками и для всех случаев, когда необходимо соединить два конца инструмента, оканчивающиеся замковыми конусами. Двухконусные переводники предназначены для соединения удлинителей. Переводники с бурильных труб на обсадные применяют иногда при кондукторов, при ловильных работах и для спуска на бурильных трубах различного рода инструментов, имеющих в верхней части муфту обсадной трубы. Переводники изготовляют из углеродистой стали. После поковки перед механической обработкой эти переводники подвергают нормализации.

Понравилась эта статья? Поделитесь ею!