Конструкция элементов бурильной колонны - Компоновка бурильной колонны

Трубы бурильные ведущие. Они представляют собой толстостенную трубу, имеющую в сечении квадратную, шестигранную или крестообразную форму с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода бурового раствора.

Наиболее распространены ведущие трубы с квадратным сечением. Шестигранные и крестообразные ведущие трубы применяются редко. Ведущие трубы конструктивно выполняются в двух вариантах: сборными, составленными из трех деталей, и цельными. Трубы бурильные ведущие (сборные), изготовляемые предпочтительно квадратного сечения, включают в себя собственно трубу (штангу), верхний переводник (ПШВ) для соединения ведущей трубы с вертлюгом и нижний переводник (ПШН) для присоединения к бурильной колонне. Свободный конец верхнего переводника для соединения с вертлюгом снабжен левой замковой резьбой; свободный конец нижнего переводника, предназначенный для соединения с бурильной колонной, имеет правую замковую резьбу.

Ведущие трубы сборной конструкции вследствие простоты изготовления нашли наибольшее распространение. Они изготовляются размерами 65x65, 80x80, 112x112, 140x140 и 155x155 мм.

Наряду с ведущими трубами сборной конструкции промышленностью выпускаются цельнокатаные ведущие трубы. В этом случае конструкция предусматривает исключение резьбового соединения в местах присоединения верхнего и нижнего переводников с ведущей трубой.

Бурильные трубы. Бурильные трубы и соединительные муфты к ним изготовляются следующих размеров (условный наружный диаметр): 60, 73, 89, 102, 114, 127, 140 и 168 мм с толщиной стенок от 7 до 11 мм.

В настоящее время существует несколько разновидностей бурильных труб, различающихся по конструктивному исполнению.

1. Трубы бурильные сборной конструкции изготовляются двух видов (ГОСТ 631--63): трубы с высаженными внутрь концами и трубы с высаженными наружу концами. Трубы всех типов изготовляются длиной: 6,8 и 11,5 м -- при условном диаметре труб 60... 102 мм; 11,5 -- при условном диаметре труб 114... 168 мм.

Для изготовления бурильных труб и соединительных муфт к ним применяется сталь определенной прочности.

В настоящее время широко распространены бурильные трубы с высаженными внутрь концами. Эти трубы имеют большую толщину высаженного конца, чем тело трубы, и меньшее проходное сечение, в результате чего увеличивается сопротивление прокачиваемого раствора. Трубы с высаженными наружу концами имеют большую прочность высаженной части, чем трубы с высаженными внутрь концами. Внутреннее сечение этих труб не имеет "переходов" в замках, благодаря чему сопротивление прокачиваемой жидкости значительно меньше, чем в трубах с высаженными внутрь концами.

2. В целях упрочнения и исключения возможности усталостного разрушения трубы по трубной резьбе применяются бурильные трубы с высаженными внутрь и наружу концами и коническими стабилизирующими поясками (ГОСТ 631 -- 75).

В практике бурения их называют соответственно ТБВК, ТБНК. Иногда у стандартных бурильных труб вследствие безупорного резьбового соединения замка с трубой происходят усталостные поломки высаженных концов бурильных труб, особенно при роторном способе проводки скважин. В бурильных трубах с блокирующими (стабилизирующими) поясками за счет удлинения у замковых деталей цилиндрической выточки и обточки гладкого пояска на трубе вблизи резьбы достигается плотное сопряжение замка с трубой, навинченного в горячем состоянии. Трубы бурильные с блокирующими поясками позволяют повысить предел выносливости по сравнению со стандартными трубами приблизительно на 40 %.

3. Трубы бурильные с приваренными соединительными концами между собой соединяются посредством крупной замковой резьбы. Отличительная особенность этих труб -- замена резьбы сваркой в местах соединения замка с трубой.

Трубы этой конструкции могут быть трех типов: ТБП -- трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке, не имеющей высаженных концов; ТБПВ -- трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке с высаженными наружу концами; ТБПВЭ отличаются от труб ТБПВ конструкцией соединительных концов. Бурильные трубы типа ТПБ применяются только в турбинном бурении, а типа ТБПВ как в роторном, так и турбинном бурении. Трубы типа ТБПВЭ созданы для бурения скважин электробуром.

4. Трубы бурильные с высаженными наружу концами и нарезанной на них крупной (замковой) резьбой (беззамковые раструбные трубы) предназначены для использования при бурении с погружными забойными двигателями и в роторном бурении.

Для предохранения от коррозии наружную поверхность каждой трубы и муфты окрашивают. На каждой трубе на расстоянии 0,4... 0,8 м от конца выбито клеймо, указывающее следующие данные: марку стали, порядковый номер трубы, номер плавки, месяц и год выпуска, наружный диаметр трубы в дюймах, толщину стенки в миллиметрах, наименование или товарный знак завода-изготовителя, клеймо отдела технического контроля (ОТК). Рядом с клеймом эти же данные нанесены светлой краской. Трубы с левой резьбой имеют посредине широкий поясок, нанесенный светлой краской с надписью "левая". Резьба труб и муфт предохранена кольцами от повреждения.

Замки для бурильных труб. Они предназначены для соединения в колонну бурильных труб, в зависимости от конструкции которых имеют разные типы. Замки состоят из двух детален замкового ниппеля с наружной резьбой и замковой муфты с внутренней крупной резьбой; посредством таких резьб указанные детали соединяются между собой. Для соединения с бурильными трубами на замковых деталях нарезана мелкая трубная резьба. Для цельнозамковых ударных труб замок вместо трубной резьбы имеет хвостовик.

Утяжеленные бурильные трубы. УБТ предназначены для установки в нижнюю часть бурильной колонны с целью увеличения ее жесткости, большей устойчивости и передачи нагрузки па долото.

В настоящее время существуют несколько разновидностей УБТ, различающихся по исполнению.

1. Утяжеленные бурильные трубы сбалансированные УБТС2.

Они изготовляются из хромоникельмолибденовых сталей и подвергаются термообработке только по концам. Канал УБТ получают сверлением, а механическая обработка обеспечивает необходимую балансировку труб. УБТС2 изготовляются в основном диаметрами 178, 203 и 229 мм.

    2. Утяжеленные бурильные трубы горячекатаные. Выпускаются диаметрами 73, 89, 108, 146, 178, 203, 219 и 245 мм. УБТ этого типа изготовляются гладкими по всей длине из сталей групп прочности Д и К. Утяжеленные бурильные трубы (горячекатаные) рекомендуется применять при бурении скважин глубиной 2000... 2500 м в несложных геологических условиях. 3. Утяжеленные бурильные трубы с замками УБТСЗ. Иногда при бурении скважин в целях повышения износостойкости резьбы и прочности резьбового соединения, а также облегчения ремонта применяют утяжеленные бурильные трубы с замками с коническими стабилизирующими поясками. Замок УБТСЗ изготовляется высокопрочным с механическими свойствами из стали марок 40ХН, 40ХН2МА.

Элементы бурильной колонны. К элементам бурильной колонны относятся: переводники, резиновые кольца, обратные клапаны и опорно-центрирующие элементы.

Переводники для бурильных скважин представляют собой разновидность соединительных элементов бурильной колонны. Применяют пять основных типов переводников. Их подразделяют на две группы: штанговые -- для соединения трубы бурильной ведущей с вертлюгом и бурильными трубами; промежуточные -- для соединения других элементов колонны.

По конструкции, материалам и размерам переводники для колонн бурильного инструмента имеют много общего с бурильными замками, а замковые резьбы их одни и те же. Переводники каждого типа и исполнения изготовляют с замковой резьбой как правого, гак и левого направления нарезки. Размеры резьбы и требования к ее качеству должны соответствовать ГОСТ 5286 -- 75 для бурильных замков.

Переводники для бурильных колонн изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 7360--82Е. Указанный стандарт предусматривает изготовление 90 типоразмеров переводников, которые охватывают практически все необходимые случаи их применения.

Резиновые кольца (протекторы) для бурильных труб предназначены для предохранения бурильных и обсадных колонн от взаимного истирания при бурении скважин. Конструктивно резиновые кольца могут быть выполнены разъемными или неразъемными. Несмотря на то, что в зарубежной практике бурения самое широкое распространение получили разъемные резиновые кольца (протекторы) для бурильных труб, отечественная промышленность продолжает выпускать неразъемные резиновые кольца, ГОСТ 6365-74.

Для надевания неразъемных резиновых колец на бурильные трубы применяют специальные пневмомашины. Кольца перед надеванием на трубу подогревают в горячей воде при температуре 80...90°С в течение 10... 15 мин. Во избежание повреждения резиновых колец при надевании на трубы очищают заусеницы и острые кромки замков. Для предотвращения перемещения колец по трубе используют клей или другие полимеризующиеся составы.

Резиновые кольца надевают на бурильные трубы вблизи замка. Благодаря тому, что диаметр предохранительного резинового кольца больше диаметра замка, соприкосновение и трение замков труб об обсадные трубы и стенки скважин устраняется, так как резиновое кольцо (протектор) исполняет роль упругой подушки.

Обратные клапаны для бурильных труб предназначены для предотвращения газонефтеводопроявления из скважины через бурильные трубы в процессе бурения. Из всех используемых в настоящее время конструкций обратных клапанов для бурильных труб наиболее удачной следует признать конструкцию института СевКавНИПИнефть. Этим институтом разработан, изготовляется и поставляется управляемый обратный клапан для бурильных труб.

Клапан устанавливается в колонне бурильных труб между замковыми соединениями над долотом. Он позволяет осуществлять самозаполнение труб промывочной жидкостью при спуске и производить при необходимости обратную промывку.

Помимо этого установка управляемого обратного клапана в колонне бурильных труб позволяет:

    - оставлять канал труб открытым или закрытым по желанию бурильщика; - импульсом потока сверху открывать или закрывать клапан; - производить в заданном режиме обратную циркуляцию; - производить отбор пластовой жидкости по каналу бурильных труб; - опускать или поднимать бурильные трубы под давлением.

Клапан состоит из переводника, в котором собраны и зафиксированы гайкой втулка уплотнитель, седло и кольцо на распорной планке. В прорезах планок установлен узел управления, состоящий из стабилизатора штифта, кольца проволочного, верхнего и нижнего лабиринтов, шарика: и штока, на который надеты пружина, кожух, кольцо и навернута тарелка. К нижнему торцу штока винтом прикреплена шайба и резиновая шайба.

Управление работой клапана осуществляется потоком промывочной жидкости, т. е. при движении потока по трубам вниз он отжимает тарелку и жестко связанный с ним шток. Шток, перемещаясь вниз, одновременно перемещает шарик, который наполовину входит в кольцевую проточку на штоке и наполовину -- в лабиринтный паз, образуемый двумя лабиринтами. Шарик, перекрываясь по кольцевой проточке штока, одновременно (при движении штока) двигается по лабиринту, который позволяет устанавливать шток соответственно в тарелку в следующих положениях.

При прямой промывке тарелка отжимается потоком из положения "закрыто" до крайнего нижнего положения, т. е. максимально открытого положения, причем за это время шарик перемещается, перекатываясь по скосу нижней втулки лабиринта, и крайнего верхнего до крайнего нижнего положения. И пока осуществляется прямая промывка, канал остается открытым. При прекращении промывки в результате действия пружины шток с тарелкой отжимается вверх, при этом шарик, перекатываясь но короткому скосу верхней лабиринтной втулки, останавливается на ее упоре, фиксируя клапан в состоянии "открыто". В таком положении клапан позволяет вести обратную циркуляцию, отбор жидкости и т. п. При возобновлении прямой циркуляции тарелка вновь отжимается до крайнего нижнего положения, причем шарик в этом случае перекатывается по другому скосу нижней лабиринтной втулки, останавливается в крайнем нижнем положении, что соответствует максимальному открытию клапана. Далее при прекращении промывки под действием пружины шток, поднимая шарик натыкаясь на другой длинный скос верхней лабиринтовой втулки, отводится им до конечного упора, обеспечивая тем самым перекрытие канала седла и, следовательно, канала бурильных труб.

Очередное возобновление прямой промывки и его прекращение соответственно приводит клапан в состояние "открыто", когда можно производить обратную циркуляцию, частичный отбор жидкости и т. п. При бурении скважин без выхода бурового раствора на устье и в других подобных случаях, когда на устье невозможно определить в каком положении находится клапан (закрытом или открытом), а условия бурения требуют герметизации канала бурильных труб, клапан переделывается. В него вместо двух лабиринтных втулок устанавливают одну специальную втулку. При помощи этой втулки (на поверхности) перед спуском клапан можно установить в положение, которое оставляет канал бурильных труб открытым для обратного движения бурового раствора во время спуска бурильных труб (самозаполнение бурильных труб) до первой промывки. Первая промывка переводит клапан в состояние обыкновенного обратного клапана. Управляемый обратный клапан путем извлечения из него шарика переделывается в обыкновенный клапан.

Клапаны могут изготовлять с правыми или левыми замковыми резьбами. Серийное производство обратных клапанов для бурильных труб осуществляется по ОСТ 39-096--79. По указанному отраслевому стандарту предусмотрено изготовление 10 типоразмеров клапанов, включающих в себя: тип 1 -- клапаны тарельчатые -- КОБТ, тип 2 -- клапаны конусные с резиновыми уплотнениями. По всем параметрам эти клапаны уступают описанному выше управляемому обратному клапану конструкции СевКавНИПИнефть.

К элементам бурильной колонны относят также опорно-центрирующие элементы (калибраторы, центраторы, стабилизаторы и т. п.)

Основные данные о резьбе. Элементы колонны бурильного инструмента (трубы бурильные, соединительные муфты, замки, трубы бурильные ведущие, утяжеленные бурильные трубы, переводники и др.) для соединения между собой снабжены резьбой двух типов: мелкой (трубной) и крупной (замковой).

Для резьбы бурильных труб и замков характерно следующее.

    1. Профиль витков (ниток) резьбы треугольный с закругленными впадинами. Угол при вершине профиля равен 60°. 2. Резьба всех соединений колонны бурильного инструмента коническая. Угол, образующий конуса для мелкой трубной резьбы, составляет 1/32, что соответствует 147'24" -- углу между образующей конуса и прямой, параллельной оси трубы. Этот угол равен половине угла при вершине конуса. Полной конусностью резьбы принято считать двойной уклон, т. е. '/,6. Для крупной замковой резьбы полная конусность в зависимости от размера и типа принята ? или 1/6. 3. Число ниток трубной резьбы равно 8 на 24,5 мм с шагом 3,175 мм, число ниток замковой резьбы -- 5 на 25,4 мм с шагом 5,08 мм или 4 на 25,4 мм с шагом 6,35. 4. Резьба может иметь как правое, так и левое направление. Трубной резьбой снабжены бурильные трубы, соединительные муфты, трубные концы замков и переводников. 5. Трубы бурильные с блокирующими (стабилизирующими) поясками (ТБНК и ТБВК) имеют трапецеидальную резьбу (шаг 5,08 мм, профиль 30°, конусность 1:32. Условное обозначение резьбы ТТ) и зарезьбовый конический поясок, обеспечивающий высокую прочность и герметичность соединения.

Замковой резьбой снабжены детали бурильных замков (ниппели и муфты), переводники, долота, ловильные инструменты и т. п.

Материалы, применяемые для изготовления элементов колонны бурильного инструмента. Такими материалами являются конструкционные среднеуглеродистые и легированные стали.

При изготовлении все элементы бурильной колонны должны подвергаться термической обработке для улучшения свойств материалов.

Достаточно широко применяются легкосплавные (облегченные) бурильные трубы (ЛБТ) из специальных сплавов.

Легкосплавные бурильные трубы. Они предназначаются для бурения гидравлическими забойными двигателями и роторным способом. Выпускаются ЛБТ сборной конструкции гладкие и с протекторным утолщением, беззамковой конструкции, а также для компоновки низа бурильной колонны с увеличенной толщиной стенки. Легкосплавные бурильные трубы изготовляются из алюминиевого сплава Д16 в закаленном и естественно состаренном состоянии Д16Т. На ЛБТ навинчиваются стальные замки облегченной конструкции. Шифр стальных облегченных замков: ЗЛ-90, ЗЛ-108, ЗЛ-140, ЗЛ-152, 3JI-172. Здесь цифры обозначают наружный диаметр облегченного замка в миллиметрах.

Похожие статьи




Конструкция элементов бурильной колонны - Компоновка бурильной колонны

Предыдущая | Следующая