Страница 1 2
Оглавление
- Введение.
- Бурильные трубы, как объект исследования.
- 1.1 Нефтегаз, как отрасль. Анализ значимости газонефтяного оборудования в ТЭК страны.
- 1.2. Условия работы бурильных труб.
- 1.3 Назначение и сортамент отечественных и зарубежных стальных бурильных труб.
- 1.4. Основные качественные характеристики наиболее часто используемых бурильных труб. Механические свойства.
- Анализ и разработка рекомендаций по совершенствованию стандартов на бурильные трубы для нефтегазовой промышленности.
- 2.1 Обзор требований нормативных документов.
- 2.2. Сравнение стандартов API Spec 5DP и ГОСТ 32696-2014.
- 2.3. Рекомендации по совершенствованию стандартов на бурильные трубы для нефтегазовой промышленности.
- Заключение.
- Список литературы.
- Приложения.
Введение
В Нефтяной и газовой промышленности используется большое количество различных труб.
Из них следует особо выделить большой класс «Трубы нефтяного сортамента». Это все трубы, которые спускают в скважину. Они подразделяются на бурильные, обсадные и насосно-компрессорные.
При изготовлении таких труб необходимо учитывать особенности нефтегазового комплекса, которые обуславливают соответствующие конструктивные решения.
Трубы нужно не только спроектировать и изготовить, а ещё и грамотно эксплуатировать. В скважине должны находиться только те трубы, которые нужны на данном этапе нефтегазового производства, их материал и размеры должны удовлетворять условиям безаварийной работы в скважине.
Исходя из этого и определяется цель работы — описанию их условий работы, изучению конструктивных особенностей и совершенствованию стандартов на бурильные трубы для нефтегазовой промышленности.
Задачи исследования:
- рассмотреть нефтегаз, как отрасль;
- провести анализ значимости газонефтяного оборудования в ТЭК страны;
- изучить условия работы бурильных труб;
- охарактеризовать назначение и сортамент отечественных и зарубежных стальных бурильных труб;
- привести основные качественные характеристики наиболее часто используемых бурильных труб, их механические свойства;
- провести обзор требований нормативных документов, описать область применения российских и зарубежных стандартов;
- сравнить стандарты API Spec 5DP и ГОСТ 32696-2014;
- дать рекомендации по совершенствованию стандартов на бурильные трубы для нефтегазовой промышленности.
Объект исследования – бурильные трубы для нефтегазовой промышленности.
Предмет исследования — стандарты на бурильные трубы для нефтегазовой промышленности.
Практическая значимость работы заключается в том, что она станет хорошей опорой для работников нефтегазовой отрасли, а также студентов нефтяных вузов.
Структурно работа состоит из введения, двух глав, заключения и списка литературы.
Бурильные трубы, как объект исследования
1.1 Нефтегаз, как отрасль. Анализ значимости газонефтяного оборудования в ТЭК страны
Главную роль в обеспечении энергией принадлежит природным энергоносителям. К природным энергоносителям относятся нефть, природный газ, каменные угли и бурые угли, сланцы и природные битумы, а также сырье ядерной энергетики – уран. Все это – не возобновляемые источники энергии.
Совокупность отраслей промышленности, занятых добычей, транспортировкой и переработкой различных видов горючих ископаемых, а также выработкой, преобразованием и распределением различных видов энергии (тепловой, электрической и др.), называют топливно-энергетическим комплексом (ТЭК). ТЭК включает топливную (нефтяную, газовую и угольную), нефтеперерабатывающую, нефтехимическую и энергетическую (тепло-, гидро- и атомную) промышленности.
Компания ТЭК представляет собой основу экономической отрасли. Показатели развития компании напрямую связаны с прогрессом в социальной и научно-технической областях. Наша жизнь невозможна без присутствия в ней топлива, энергии, света, тепла и прочих составляющих. Если не будет энергии, не сможет развиваться кибернетика, средства, позволяющие проводить атоматизацию, техника вычислительного и космического направлений. Отсюда становится понятно, почему использование энергетического ресурса так активно развивалось в прошлом столетии[1].
Если обратиться к данным, то порядка 90% извлекаемых запасов органических горючих ископаемых во всём мире представляют собой горючие ископаемые твёрдого вида, к которым относятся каменные и бурые угли, антрацит, сланцы, битумы, торф и т.п. Также стоит заметить об их высоком положение по сравнению с жидкими и газообразными горючими. Первые до сих пор считаются наиболее значимыми для отрасли экономического характера мирового масштаба. Что касается твёрдых горючих ископаемых, то их большая часть сегодня применяется в качестве топлива энергетического направления. После переработки угля появляется такой продукт как кокс, на основе которого развивается металлургия чёрного и цветных направлений. Жидкая часть, которая представляет собой смолу, является основой для образования таких продуктов как красители, лаки, взрывчатые вещества и т.п.[2].
Главными материалами, которые выступают в качестве носителей энергии, являются газ и нефть. Они также считаются по истине уникальными дарами природы. После переработки этих ресурсов выходят продукты, которые активно используются по всех промышленных отраслях, на всех видах транспорта, в строительных работах военного, гражданского направлений, в работах сельскохозяйственного назначение, в бытовой сфере и т.п. С помощью газа и нефти образуются химические материалы, среди которых пластмасса, каучуки, лаки, моющие средства и т.п. Иными словами то, что необходимо в процессе жизнедеятельности, развития производства. В отношении нефти стоит заметить, что данный природный материал важен не только для экономической и технических отраслей, но для развития политического направления страны[3].
Однако необходимо отметить, что использование полезных ископаемых в энергетических целях оказывает негативное воздействие на природу:
- механическое загрязнение воздуха, воды и земли твердыми частицами (пыль, зола);
- химическое, радиоактивное, ионизационное, тепловое, электромагнитное, шумовое и другие виды загрязнений;
- расход больших количеств воды, земли и кислорода воздуха;
- глобальный парниковый эффект, постепенное повышение средней температуры биосферы Земли и опасность катастрофы на планете.
На рисунках 1.1 и 1.2 показано изменение мирового энергетического баланса на период 1970-2040 гг[4].
Рисунок 1.1 – Изменение мирового потребления первичной энергии по топливам
Рисунок 1.2 – Изменение доли первичных источников энергии в мировом потреблении
Обратившись к данным диаграмм, а также прогнозам до 2050 года, которые предоставляет компания Shell[5], стоит сказать, что в отношении энергетического баланса мирового масштаба размеры угля будут становиться ниже. Что касается газа природного происхождения, то потребность в таком ресурсе будет только расти. Стоит заметить и о росте энергетических источников, которые не являются ограниченными, то есть, которые можно возобновить. Доля нефти примерно к 20140 годам должна сократиться до 27% несмотря на то, что её размеры в энергетическом балансе мирового масштаба являются повышенными. Обратить внимание нужно на рост потребительского спроса в отношении энергии. Например, по данным 1970 года, использование такого ресурса показало цифры 4876 млн т.н.э. (т.н.э. — тонна нефтяного эквивалента). По состоянию на 2020 год, размеры стали гораздо выше и составили 14304 млн т.н.э., что говорит о тенденции увеличения потребления. Также необходимо учесть, спрос будет возможен удовлетворению за счёт полезных ископаемых.
Добыча нефти, а также её вывоз за пределы страны позволяли активно развиваться экономическую отрасль. Но несмотря на это, процессы, связанные с добычей нефти, не могут приводить к развитию экономики с точки зрения эффективности. Если говорить о странах с наиболее развитым положением, то они используют перерабатывающие нефть процессы, тем самым увеличивая её качество, что в итоге приводят к отличной реализации и получению больших размеров прибыли по сравнению с продажей сырья.
Если говорить о нашей стране, то мы пока не можем догнать зарубежные страны в процессах обработки нефти. Если говорить о глубине переработки нефти, то в Америке она равна 97%, в западно-европейских странах показатели составляют 95%, а в РФ — всего лишь 79%[6]. Такие показатели нашей страны объясняются отсутствием усовершенствованных технологий, которые помогли бы заниматься переработкой нефти.
Что касается сланцевой нефти, то большим объёмами данного ресурса могут похвастаться РФ и Америка. Только в Бахрейне было найдено порядка 80 млрд баррелей сланцевой нефти[7]. Что касается сланцевого газа, то первое место по объёмам занимает Китай, затем идут Аргентина и Алжир. Если проводить сравнение между запасами сланцевого газа, которые извлекается техническими способами, и запасами газа природного характера, то показатели первого больше, хоть и не настолько много, но всё же.
Добывать сланцевую нефть и газ не так просто. Эта процедура предполагает совместное применение технологии горизонтальных скважин и гидроразрыв пласта закачиванием в скважины под большим давлением воды, куда добавляются песок и химикаты. Необходимо иметь ввиду, что существуют такие сланцевые газы и нефть, которую пока невозможно добыть, так как отсутствуют необходимые для подобного процесса технологии.
В качестве потенциального углеводородного ресурса стоит обратить внимание на горючие сланцы. Нефть из такого ресурса производят термически воздействуя на такую органическую часть горючих сланцев как кероген. Если проанализировать размеры запасов в отношении горючих сланцев, то они составляют 39,4 млрд т нефти. А если обратиться к размерам мирового масштаба, то они равны 430 млрд т[8].
Отсюда следует сделать вывод, что довольно долгий период и нефть, и газ будут использоваться в качестве главных источников энергии не только в РФ, но и в других государствах. Наша страна богата большими объёмами нефти, газа, а также такими разновидностями нетрадиционного характера нефти,как нефти тяжёлого характера, битумы, сланцевые нефти. Такие виды являются ресурсами, с помощью которых страна может позволить себе достаточный уровень экономической ситуации, а также безопасность энергетического характера.
Для того, чтобы наша страна смогла эффективно реализовать тот потенциал нефти и газа, стоит внедрять современные технологии по обработке данных ресурсов. Также необходимо совершенствовать мощности уже имеющихся технологий, что в итоге приведёт к устойчивому положению подобной деятельности промышленного направления если проводить сравнение с не очень хорошим положением углеводородного сырья, который отличается ухудшениями в своей структуре и свойствах. С помощью современных и совершенных технологий станет возможным процесс по получению моторного топлива, смазочных масел, отличающихся высоким качеством. Именно они станут средствами, которые сделают экономическую отрасль более полезной. Переработка нефти и газа считается более эффективной процедурой по сравнению с добычей и вывозом сырья углеводородного значения.
1.2. Условия работы бурильных труб
Функции бурильных колонн при работе в скважине весьма многообразны. В связи с этим бурильные трубы при эксплуатации подвергаются одновременному воздействию целого ряда статических и динамических нагрузок, промывочных жидкостей и повышенных температур[9].
При бурении глубоких скважин необходимо учитывать влияние повышенных температур. В зависимости от условий геологического разреза температура призабойной зоны на глубине 3500-7000 м может достигать 150 °С, а в некоторых случаях – 250-550 °С[10].
Перспективные методы бурения и добычи нефти существенно отличаются от традиционных методов, таких как вертикальное бурение.
Сверхдлинное бурение имеет ряд основных отличий, таких как:
- по конструкции бурильной колонны:
- значительное увеличение сжимающих усилий,
- потеря продольной устойчивости «баклинг» – синусоидальный или спиральный;
- по конструкции обсадной колонны:
- удлиненные секции скважины,
- преодоление сил сопротивления при перемещении колонн;
- другие отличия:
- иной механизм выноса шлама,
- эквивалентная плотность циркуляции бурового раствора (ECD) выше обычной,
- прихват бурильной колонны более вероятен[11].
Стоит сказать, что в качестве фактора использования в момент наклонных и горизонтальных работ по бурению выступает воздействия трения на сопротивление в отношении перемещений, а также «баклинг».
Что касается решения проблем, связанных с процессами бурения, к ним относятся:
- Снижение момента.
- Повышение уровня подъёма грузов в процессе установки или сокращение веса труб.
- Использование высоко прочных материалов.
- Образование труб, отличающихся тонкими стенами, либо процессы по перемещению материалов, которы отличаются высокими показателями удельной прочности. Сюда можно отнести алюминиевые трубы.
Подобные меры активно применяют такие компании как ENI, Statoil, BP, Total, Shell, Maersk, Chevron[12]. Компании BP Liberty на Аляске и XOM на Сахалине работают в направлении по увеличению подъёмов грузов, мощности насосов, а также верхнего привода[13]. А такая компания как BP проводит активную деятельность в отношении использования алюминиевых труб, чтобы проводить бурильные работы сверхдлинных скважин (Wytch Farm и Liberty)[14].
Если обратить внимание на процесс бурения горизонтального направления, ключевым процессом является моменты и силы сопротивления, которые возможны благодаря силам нормального характера[15]. Образование последнего вида сил возможно благодаря:
- Весу трубы, которая находится на нижней стенке скважины.
- Прижимающих сил на участках, где происходят изменения кривизны по причине натяжения колонны.
- Давлению трубы к стенке скважины. Он происходит вследствие процессов жёсткости и зазора.
Силы нормального значения имеют место быть в формулах, по которым рассчитывается и момент и трение. Для их сокращения в целях экономии электроэнергии применяют такие материалы, которые характеризуются небольшим весом, который приводит и к меньшим объёмам плотности.
Чем меньше плотности, тем выше плавучесть бурильной трубы в одноимённом растворе. Также происходит сокращение требований в отношении подъёмов грузов буровой установки, сокращается время износа оборудования, расходы на транспортировку.
Говоря о строительных работах в отношении скважин со сверхдлинным отходом (далее — CCО), стоит заметить, что представляют собой довольно активную и используемую технологию в отношении разработки месторождений[16].
Что касается технологии указанных строительных работ, то процесс сопровождается необходимостью по решению проблем в отношении бурильных и строительных работ открытого субгоризонтального ствола большой протяжённости. Такими проблемами выступают:
- Момент, когда происходит возвращение.
- Сила сопротивления при бурильных работах.
- Очистка ствола.
- Уничтожение прихватов.
- Спуск хвостовика и компоновок для окончания ствола.
В строительных работах в отношении ССО стоит использовать такие трубы как:
- легкосплавные бурильные трубы повышенной надежности (далее — ЛБТПН).
- легкосплавные обсадные трубы (далее — ЛОТ).
- легкосплавные насосно-компрессорные трубы (далее — ЛНКТ)
Они помогут решить проблемные вопросы, сократить расходы капитального и операционного характера.
Отсюда следует, что применение современных технологий бурильного направления происходит исходя из иных способов бурильных работ. С помощью новых решений становится возможным повышение отдачи от скважин при сокращении размеров момента, сил трения в процессе бурильных работ. Для проведения подобных современных методов необходимо применять альтернативные материалы, которые будут отличаться удельной прочностью, а также повышать мощности оборудования. Также стоит выделить следующее направление, которое является и перспективным и обоснованным с точки зрения экономики, — опробование и применение альтернативных материалов, которые позволят изготавливать трубы бурильного направления.
1.3 Назначение и сортамент отечественных и зарубежных стальных бурильных труб
Стальные, легкосплавные и алюминиевые бурильные трубы могут быть разных видов. Рассмотрим особенности их использования.
Под бурением понимают разрушение горной породы при помощи специального инвентаря и техники. В качестве спецоборудования при этом выступают трубы для бурения (ТБ), замки особой конструкции для них, буровые штанги. Такие приспособления, в частности трубы, используются достаточно широко в современной промышленности.
С их помощью можно подводить к забою промывочную жидкость либо сжатый воздух, поднимать наверх разрушенную породу, передавать требуемое вращение инструменту и формировать осевую нагрузку на него.
Ключевой особенностью всех труб, используемых для бурения, является то, что их соединение между собой производится при помощи замков особого типа, оснащенных замковой резьбой. Сам процесс изготовления таких трубных изделий регламентируется рядом технических условий и национальных стандартов:
- ГОСТ Р 51245–99;
- ГОСТ 23786–79;
- ТУ 1–2–365–81;
- ГОСТ Р 50278–92;
- ТУ 1321–205–00147016–01;
- ТУ 14–161–175–98;
- ТУ 39.0147016–63;
- ТУ 14–3р–29–2007;
- ТУ 14–162–13–95;
Повышения прочностных характеристик труб для бурения добиваются путем утолщения их концов. Изготавливаются такие изделия посредством приваривания к концам (их называют высаженными) тела трубы муфты и ниппеля замкового соединения. В процессе производства каждая его стадия контролируется, что связано с необходимостью обеспечения максимально высокой точности готовой продукции. Такая система контроля является гарантией соответствия заданных параметров и уровня качества строгим требованиям ГОСТ.
Кроме того, описываемые нами трубы должны обладать надежной защитой от коррозии, обусловленной воздействием климатических (природных) факторов.
Бурильные трубы ТБПК, ТБН, ТБВ и других их видов согласно стандартам, выпускаются со следующими величинами:
- от 7,1 до 10,5 мм – толщина стенок;
- от 60,3 до 139,7 – диаметр (внешний);
- длина: 11,5 м для изделий сечением от 114 до 168 мм, 11,5, 8 и 6 м для изделий с других диаметров.
Таблица 1.3 – Таблицы размеров бурильных труб
Сопротивление (временное) разрыву в них может колебаться в пределах 650 – 1100 МПа, а предел текучести – 380–1000 МПа.
Классификация ТБ осуществляется по нескольким признакам. Например, по тем тонкостям, которые имеют готовые изделия, по материалу, из которого они производятся (горячекатаные листы либо алюминиевые сплавы). По особенностям конструкции трубы для выполнения бурильных работ бывают:
- ТБН – с наружными концами;
- ТБВ – с внутренними концами;
- ТБНК – со стабилизирующими поясками и концами высаженными наружу;
- ТБВК – с поясками и концами высаженными внутрь;
- ТБПН, ТБПВ, ТБПК – с приваренными замками;
- АБТ (либо ЛБТ) – отдельная группа изделий, изготавливаемых из сплавов алюминия.
Для бурения скважин большой глубины рекомендуется использовать трубы с приваренными замками и со стабилизирующими поясками, вертикальных неглубоких скважин – изделия с внутренними и наружными концами, а также с замками. Последние обычно используются и при обустройстве направленных по наклонной скважин, и тогда, когда применяются забойные двигатели для проведения работ.
Рисунок 1.1 – Классификация бурильных труб
Осуществляя деятельность, которая подразумевает указанные двигатели, нередко применяют легкосплавные ТБ. Объясняет это из небольшой прочностью по сравнению с изделиями из стали. Несмотря на это, подобные трубы характеризуются чертами, которых нет у иных представителей. Так, ЛБТ присуща диамагнитность, вследствие чего не требуется поднятие колонн из скважины для проведения замеров её азимутальных и зенитных углов.
Продукты (изделия), которые изготавливаются на основе алюминиевых листов, могут погружаться на большие расстояния. Что касается внутренней поверхности алюминиевых труб и сплавов, она немного шероховатая, а, значит, отличается меньшим сопротивлением гидравлического направления. Нельзя использовать подобные «продукты», если скважины содержат раствор (буровой) с величиной рН более 10 единиц, либо сопровождаются температурными условиями более +150 градусов.
Все трубы, которые используют в бурильных работах, бывают:
- Обычными, которые изготавливаются из сплавов стали или сплава Д16Т, в основе которого содержится алюминий. Продукция здесь имеет поперечное круглое сечение, внутренние высадки на концах, стальные навёрнутые замки или же полузамки, для которых характерна крупная резьба в виде конуса, толщину стенки 4,75-11 мм. Также подобные трубы могут характеризоваться утолщёнными концами, за счёт чего повышается их плотность. Самыми популярными размерами такой продукции являются 129 мм, 147 мм, 114 мм.
- Ведущими, подразумевающие под собой конструкции, которые монтируются в верхней части самой колонны. Такому виду присуще многогранное сечение, примерно от 4 до 8 граней, и применяются в процессе передачи вращения от вращателя агрегата для дальнейших бурильных работ в колонне. Такой вид обязательно сопровождается наличием на концах труб высадки внутреннего, комбинированного, наружного характера. Такая высадки требуется для того, чтобы сделать продукцию более плотной.
- Утяжелёнными. Они необходимы для того, чтобы запустить процесс по передаче продольного и вращательного усилия на установку, обладающую разрушительными действиями в отношении породы в момент бурильных работ. Такой вид труб характеризуется сечением круглой или квадратной формы в поперечнике. Кроме того, такой вид труб помогает повысить уровень жёсткости нижнего участка колонны, либо просто сжимается, в момент бурильных работ. Толщина стенки трубы может быть от 16 до 19 мм. Применяются они, как правило, на глубинах, которые не могут быть выше 2,5 000 м. Диаметр труб может быть от 79 до 279 мм. По форме похожи на цилиндрическую трубу с конусом, для которой характерна резьба внутри и снаружи в форме конуса. Такие трубы могут быть с:
- проточками,
- со спиральными канавками,
- с твёрдыми наплавами снаружи.
Все эти специальные виды труб монтируют в нижнюю часть агрегата, который используется для бурильных работ. Там же отмечается нагрузка на систему с максимальной точки зрения. Установка может выдерживать высокое давление, так как трубы отличаются короткий размеров длины и большой толщиной стенки.
Стоит отметить, что для бурильных работ используются трубы без швов, которые обеспечивают прочность, если идёт речь о нагрузках больших размеров. После того как шов сваривается, проводят его закалку. Существует требование, согласно которому сварное соединение необходимо испытать в отношении его изгиба и качества, которым обладает шов.
1.4. Основные качественные характеристики наиболее часто используемых бурильных труб. Механические свойства
Для установления единой концепции в создании бурильных труб разработаны ГОСТ Р51245-99 «Трубы бурильные геологоразведочные, типы и основные параметры», распространяющийся на бурильные трубы, предназначенные для всех видов, способов и условий геологоразведочного бурения скважин на твердые полезные ископаемые и воду, при поисках и разведке, инженерно-геологических изысканиях, сейсморазведке, строительстве и т.д.
Типы бурильных труб по областям применения приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4 — Типы новых бурильных труб (колонн)
| Область применения бурильных труб | Типы бурильных труб (колонн) | |
| Наименование | Обозначение | |
| Традиционное колонковое и бескерновое бурение | 1. Трубы бурильные стальные универсальные | ТБСУ |
| 2. Трубы бурильные легкосплавные | ТБЛ | |
| 3. Трубы бурильные утяжеленные | ТБУ | |
| Бурение со съемным керноприемником | 4. Трубы бурильные стальные легкой серии* | ТБСЛ |
| 5. Трубы бурильные стальные тяжелой серии | ТБСТ | |
| 6. Трубы бурильные легкосплавные тяжелой серии | ТБЛТ | |
| Бурение с гидро- и пневмотранспортом керна и осколочных фракций горных пород | 7. Трубы бурильные двойные с наружной стальной трубой | ТБДС |
| 8. Трубы бурильные двойные с наружной легкосплавной трубой | ||
* Трубы (колонны) гладкоствольные — диаметр соединения превышает диаметр трубы на 0,5 мм;
•* Трубы (колонны) негладкоствольные — диаметр соединения превышает диаметр трубы на 2,5—6,5 мм.
Основные размеры бурильных колонн нового сортамента соответствуют приведенным в Приложении 1.
Основные размеры резьбы для соединения деталей резьбовых соединений бурильных труб нового сортамента приведены в табл. 1.5.
Таблица 1.5 — Характеристика рабочей резьбы соединении бурильных труб нового сортамента
| Обозначение* резьбы | Размеры профиля резьбы | ||||
| Конусность | Угол наклона резьбы | Шаг, мм | Высота профиля**, мм | Угол при вершине профиля, градус | |
| 1. Резьба одноупорная коническая, остроугольная | |||||
| 3—34 | 1:6 | 4°45’48» | 4,233 | 1,926 | 60 |
| 3—45; 3 — 53; | 1:5 | 5°42’38» | 4,233 | 2,5 | 60 |
| 3—57; 3—67 | |||||
| 3—86 | 1:6 | 4°45’48» | 6,35 | 3,095 | 60 |
| 2. Резьба двухупорная слабоконическая трапецеидальная | |||||
| СК-39 | 1:32 | 0°53’42» | 6 | 0,75(0,70) | 30 |
| СК-51 | 1:32 | То же | 8 | 0,90(0,85) | 30 |
| СК-66 | 1:32 | 0°53’42» | 8 | 0,90(0,85) | 30 |
| СК-85 | 1:32 | То же | 8 | 1,20(1,15) | 30 |
| СК-109 | 1:32 | « | 8 | 1,20(1,15) | 30 |
| 3. Резьба специальная коническая трапецеидальная | |||||
| СПК-50 | 1:16 | 1°47’24» | 6 | 1,00(0,95) | 10 |
| СПК-64 | 1:16 | 1°47’24» | 6 | 1,50(1,55) | 30 |
| СПК-82 | 1:32 | 0°53’42» | 6 | 1,20(1,25) | 10 |
| СПК-85 | 1:16 | 1°47’24» | 6 | 1,55(1,50) | 30 |
| СПК-101 | 1:16 | 1°47’24» | 6 | 1,55(1,50) | 30 |
| СПК-118 | Разрабатывается | ||||
* Цифра в обозначении резьбы соответствует ее наружному диаметру у большего основания конуса.
** В скобках—для внутренней резьбы.
Механические свойства материала бурильных труб должны соответствовать приведенным в табл. 1.6 и 1.7.
Таблица 1.6 — Механические свойства материала стальных труб
| Параметры механических свойств | Нормы по видам термообработки стали | ||||
| Нормализация | Улучшение* | Поверхностная закалка** | |||
| Труб из углеродистой стали | Труб из легированной стали | Труб из углеродистой стали | Труб из легированной стали | ||
| Временное со- противление разрыву ơ в, МПа (кгс/мм ) | 539(55) | 686(70) | 823(84) | 882(90) | __ |
| Предел теку- чести ơ т, МПа (кгс/мм ) | 323(33) | 490(50) | 686(70) | 735(75) | — |
| Относительное удлинение δs, % | 16 | 12 | 12 | 11 | — |
| Твердость, HRG, НВ | |||||
| — | — | 26 | 28 | 47 | |
| 187 | 197 | — | — | — | |
* При изготовлении труб из углеродистой стали механические свойства после операции улучшения могут отличаться от приведенных в таблице 3.4 и уточняться по согласованию с заказчиком.
** Поверхностная закалка тела трубы — по требованию заказчика.
Таблица 1.7 — Механические свойства материала легкосплавных труб
| Параметры механических свойств | Нормы по видам прочности | |
| Нормальной* | Повышенной** | |
| Временное сопротивление разрыву ơв, МПа (кгс/мм ) | 392(40) | 530(54) |
| Предел текучести ơТ, МПа (кгс/мм ) | 255(26) | 460(47) |
| Относительное удлинение δ5, % | 12 | 8 |
*Сплав Д16Т по ГОСТ 23786—79.
**Сплав 1953 Т1 по стандарту ИСО 5226.
Механические свойства материала стальных резьбовых соединений бурильных труб (сталь 40ХН по ГОСТ 4543 после объемной термообработки) должны быть не ниже следующих:
- временное сопротивление разрыву ав, МПа (кгс/мм2) — 882(90)
- предел текучести стт, МПа (кгс/мм2) — 686(70)
- относительное удлинение ơ5, % — 15
- относительное сужение Ψ, % — 50
- ударная вязкость при 20 °С на образцах KCU, Нм/см (кгс — м/см ) — 118(12)
- твердость, HRC3
после объемной закалки – 28
после поверхностной закалки — 49
после химико-термического упрочнения — 55.
Подведём итог и скажем, что под бурильными трубами понимают пустотелые изделия в форме цилиндра, которые характеризуются длиной 3-7 м. Их назначение состоит в связке режущего инструмента с аппаратурой для проведения бурильных работ. Чтобы провести бурение, необходимо связать трубы, тем самым получаются колонны. Чтобы изготовить трубы потребуется сталь высокоуглеродистого характера. Также детали вполне возможно использовать, если они будут изготовлены из высоколегированных сплавов, которые характеризуются легирующими добавками противокоррозийного направления.
Что касается функционала, которым обладают бурильные трубы, как составной элемент буровых вышек, то он включает в себя следующие направления:
- Процесс по передаче вращательного движения, который прокручивает момент от электрического привода к режущему долоту, находящемуся на конце всей установки. Средняя частота вращения характеризуется 1500-2000 оборотами за одну секунду времени.
- Образование нагрузки в отношении оси, что происходит вследствие вращательного станка, а также за счёт веса создаётся дополнительная нагрузка. Что касается объёмов нагрузки на ось, они равны 1-6 тонн.
- Процессы по передаче очистительного агента от насоса или компрессора к поверхности того участка, которая сопровождается проведением бурильных работ. Если говорить об обратном процессе, то использование трубы проводится для подъёма по колонне мусора, а также полезных ископаемых.
Все изделия разделяются между собой по сечению и могут быть:
- Стандартной формы в виде круга. Применяются для решения бурильных задач.
- В форме квадрата. Используются при работе с нестандартными по форме скважинами.
- С шестью или восьмью гранями, которые размещают на концах колонны. Они помогают увеличить прочность самого изделия.
Все трубы характеризуются на концах резьбой наружного вида, которая позволяет соединять трубы. Если необходимо соединить составные элементы, используют соединительные ниппели и муфты. Чтобы соединить большие конструкции используют бурильные замки, если речь идёт о размерах от 8 м и более. Они используются и при частой сборке или разборке бурильных колонн. Все указанные элементы изготавливают на основе высокоуглеродистой или же легированной стали.
Преимуществами подобных деталей выступают их прочность, герметичность соединений, долгая служба, отсутствие сложностей при их использовании.
Стоит обратить внимание на следующие детали труб:
- Ведущие, подразумевают использование ведущей бурильной трубы (далее — ВБТ). Сама деталь характеризуется сечение с 6 или 8 гранями. Чаще всего подобные изделия толстые, тем самым обеспечивают прочность. Материалом выступает очень прочная сталь, которая позволяет не разлетаться горным породам. Но здесь возникает риск повреждения самой трубы. А прочность уберегает от трещин и иных повреждений.
- Утяжелённые, сопровождающиеся использованием утяжелённых бурильных труб (далее — УБТ). Предполагают применение толстых стенок, вследствие чего повышается вес. Изготавливаются из стандартной стали, проходят обработку термического и механического направлений. В результате изделие сохраняет своё однородное состояние. Сечение круглой формы, но может использоваться и квадратная форма, а также шестигранник. Подобные изделия позволяют проводить бурильные работы в отношении пород твёрдого значения и разбивать эти породы не смотря на их прочность. Также с их помощью прочность скважины становится выше, сокращается риск «схлопывания», разрушения скважины при авариях и иных ситуациях. Если территории сопровождаются оползнями, обвалами и т.п., использование подобных изделий становится критичным.
- Легкосплавные, в результате которых появились трубы под названием легкосплавные бурильные трубы (далее — ЛБТ). Подразумевают использование лёгких сплавов на основе алюминия, толстые стенки, сечение круглой формы. Их крепят к посередине бурильной колонны. Изделия не имеют швов, на концах установок имеется резьба.
Подобные изделия стали актуальными по причинам того, что:
- Вес труб стандартного направления стал выше. Если имеет место быть глубокая скважина, вес вышки растёт, а вся установка бурового характера становится ненадёжной.
- Вес важен, когда идёт речь о работе с жидкими средами, так как части жидкости имеют свойство прилипать к трубе, так как обладают вязкостью. В результате вес конструкции становится больше, в работе происходят сбои.
- Сплавы из алюминия сокращают возможные угрозы обрушения бура. Если сравнивать со сталью, вес алюминия в вакууме ниже в 2-3 раза. Когда используют длинные буры, алюминиевые сплавы сокращают вес самой конструкции, тем самым она остаётся надёжность, качественной.
- Сплавы из алюминия повышают максимальный глубинный размер в отношении погружения бура. Конструкции с ЛБТ активно используют при проведении бурильных работ разведочного, структурно-поискового направлений, когда необходимо сделать капитальный ремонт скважин.
Если трубы стандартного вида не могут решить проблемы, то применяют эти специальные детали.
С приваренными замками
Традиционные бурильные трубы имеют на концах специальную резьбу, которая используется для соединения трубных элементов друг с другом с помощью ниппелей, муфт, специальных замков. Однако подобный способ соединения обладает серьезным недостатком — в случае высоких нагрузок может серьезно страдать качество герметизации. Из-за этого нарушается прочность установки, что может привести к различным неприятным последствиям — снижение качества бурения, уменьшение КПД, растрескивание вплоть до полного выхода бурильной установки из строя. Чтобы минимизировать значение этих факторов, была изобретена бурильная труба с приваренными замками (ТПЗ).
ТПЗ не получили широкого распространения, а на практике они используются редко:
- Низкая распространенность связана с более высокой стоимостью одного изделия. Для проведения качественной сварки требуются дополнительные расходы (электричество, электроды, присадки), тогда как обычные трубы не нуждаются в дополнительных расходах на сварку.
- Также определенную роль играют исторические причины. В 90-е годы множество заводов выпускали низкокачественные ТПЗ-системы, которые отличались низким качеством сварного шва.
Итак, бурильные трубы — это полые цилиндрические изделия, которые используются для сбора буровых колонн. Колонны используются для передачи вращательного импульса от привода бура к долоту. Бурильные трубы делаются из стали с большим содержанием легирующих компонентов. Трубные изделия обычно обладают округлым сечением, хотя встречаются также специальные детали, которые могут иметь квадратное, шестиугольное либо восьмиугольное сечение. На концах трубных изделий наносится резьба — она нужна для соединения отдельных деталей друг с другом с помощью муфт, замков. Средняя длина изделий — от 3 до 7 метров. Помимо стандартных бурильных изделий существуют изделия специального типа — ВБТ, УБТ, ЛБТ, ТПЗ.
ВБТ обладают квадратным либо шестиугольным сечением, а также толстыми стенками. ВБТ нужны для присоединения долота к буровой колонне. УБТ обладают повышенным весом, а используются они для решения специальных задач — бурение твердых пород, повышение надежности скважины и другие. ЛБТ обладают пониженными весом за счет применения алюминиевых сплавов, а нужны ЛБТ для создания длинных скважин. У ТПЗ на концах имеются приваренные замки — это положительно сказывается на герметизации, прочности колонны. Однако ТПЗ не получили широкого распространения из-за высокой цены. Буровые детали имеют специальные правила хранения, транспортировки. Их можно перевозить любым транспортом — грузовиками, кораблями, вертолетами, поездами. Хранить их рекомендуется на специальных стеллажах. Детали должны быть рассортированы по группам для удобства рабочих, а на каждом стеллаже должна быть расположена табличка-указатель. Резьбу периодически нужно смазывать специальной смазкой, чтобы минимизировать риск возникновения ржавчины.
Страница 1 2