Полная версия

Главная arrow Строительство arrow Бурение скважин

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

КОНСТРУКЦИИ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ, КОЛОНКОВЫХ СНАРЯДОВ И ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Конструкции бурильных труб и колонковых наборов

Бурильные колонны при современном колонковом бурении состоят из бурильных труб, утяжеленных бурильных труб (УБТ), колонковых наборов, центраторов, переходников.

Бурильные трубы изготавливаются цельнотянутыми бесшовными из высокачественных сталей или специальных сплавов с резьбовыми соединениями трех типов: муфто-замковым, ниппельным и «труба в трубу». Резьбовые соединения могут иметь как правую, так и левую резьбу.

Стальные бурильные трубы (СБТ) изготавливают из сталей марок Д, 36Г2С, 38ХНМ; легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ) - из сплава Д16Т; соединительные резьбовые элементы бурильных труб - из сталей марок 40Х, 45У, 40ХН.

Бурильные трубы муфто-замкового соединения имеют высаженные внутрь концы для увеличения прочности в местах соединений и наружную резьбу для соединения труб в колонну соединительными муфтами и бурильными замками. Муфты предназначены для соединений труб в свечи, они имеют внутренную резьбу. Бурильные замки служат для соединения свечей в колонну. Бурильные трубы муфто-замкового соединения и соединительные муфты к ним изготавливают в соответствии с ГОСТ 7009-56; бурильные замки - в соответствии с ГОСТ 7918-75.

Муфто-замковые соединения обеспечивают повышенную прочность бурильной колонны и поэтому бурильные трубы муфто-замкового соединения применяются при основных способах бурения, в том числе при алмазном бурении скважин глубиной свыше 1000 м.

Основные размеры бурильных труб муфто-замкового соединения приведены в табл.8.1.

Таблица 8.1

Размеры бурильных труб муфто-замкового соединения_

Параметры

Наружный диаметр труб, мм

42

50

63,5

73

Толщина стенки, мм

5,0

5,5

6,0

7,0 и 9,0

Наружный диаметр муфты, мм

57

  • 65*
  • •ь

83

95

Наружный диаметр замка, мм

57

65

83

95

Наименьший внутренний

диаметр замка, мм

22

28

40

32

Длина труб, м

1,5; 3,0;4,5

1,5; 3,0;4,5

3,0; 4,5;6,0

6,0; 8,0; 11,0

Масса 1 м трубы, кг

4,56

6,04

8,51

11,4; 14,2

* Возможен вариант применения муфт и замков диаметром 57 мм.

Бурильные трубы ниппельного соединения имеют высаженные внутрь концы, на каждом из которых нарезана внутренняя резьба для соединения труб и свечей ниппелями. Бурильные трубы ниппельного соединения имеют ниппели двух типов: типа А - однопрорезные или гладкие с наружной резьбой на обоих концах, служащие для соединения бурильных труб в свечи; типа Б -двухпрорезные с наружной резьбой на одном конце и внутренней на другом, конце, служащие для соединения свечей в колонну. Основное отличие труб ниппельного соединения от бурильных труб муфто-замкового соединения -одинаковый наружный диаметр трубы и соединительного ниппеля, что позволяет применять эти колонны при высоких частотах вращения из-за минимального зазора между колонной и стенкой скважины.

Бурильные трубы ниппельного соединения и их элементы изготавливаются в соответствии с ГОСТ 8482-57 и дополнения к ним ТУ 14-3-679-78.

Основные размеры стальных бурильных труб ниппельного соединения для алмазного бурения приведены в табл. 8.2.

Легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ) изготавливаются с муфтозамковыми соединениями (ЛБТМ) и ниппельного соединения (ЛБТН). ЛБТ изготавливают прямостенными без высадки концов, но с большей толщиной стенки (7-9 мм), что обеспечивает их достаточную прочность и износостойкость.

Таблица 8.2

Размеры стальных бурильных труб ниппельною соединения_

Параметры

ТУ 14.3.679

ОС

Г"-

1

ГОСТ 846-57

Наружный диаметр трубы, мм

42

54

68

33,5

42

50

Толщина стенки, мм

4,5

4,5

4,5

4,75

5,0

5,5

Наружный диаметр ниппеля, мм

42,5

54,5

68,5

34,0

44,0

52,0

Внутренний диаметр ниппеля, мм

16

22

28

14

16

22

Длина труб, м

1,5;4,5

1,5; 4,5

1,5; 4,5

1,5; 3,0

1,5; 3,0;4,5

1,5; 3,0;4,5

Масса 1 м колонны в сборе, кг

4,89

6,48

8,68

3,7

5,15

6,81

Краткая техническая характеристика ЛБТ приведена в табл. 8.3.

Легкосплавные бурильные трубы обеспечивают возможность бурения на большие глубины с высокими частотами вращения и с меньшими затратами мощности на вращение, в сравнении со стальными колоннами за счет меньшей массы колонны, а соответственно и меньших сил трения колонны о стенку скважины. Более высокая эффективность труб ЛБТ достигается также за счет более высокой сбалансированности колонн, особенно ниппельного соединения. Отмечено, что применение ЛБТ снижает затраты мощности на вращение колонны на 20 % и обеспечивают рост производительности на 20-25 % [13]. При бурении ЛБТ примерно на 20 % ниже гидравлические сопротивления.

Таблица 8.3

Техническая характеристика ЛБТ

Параметры

ЛБТН-42

ЛБТН-54

ЛБТН-68

ЛБТМ-54

Наружный диаметр трубы, мм

42

54

68

54

Толщина стенки, мм

7,0

9,0

9,0

7,5

Наружный диаметр замков, мм

42,5

54,0

68,0

65,0

Внутренний диаметр замков, мм

15,0

23,0

42,0

28,0

Длина труб, м

4,7

4,7

4,7

4,5

Масса 1 м, кг

3,08

4,74

5,46

4,5

Использовать ЛБТ не рекомендуется при резких искривления ствола скважины, при температурах свыше 150 0 С, при наличии в скважине промывочной жидкости с рН>10.

Один из путей повышения работоспособности бурильных колонн совершенствование их соединений. Хорошо зарекомендовали себя соединения бурильных колонн типа КВС (конусно-винтовые соединения), созданные в ПГО «Сосновгеология». КВС предназначены для соединения стальных и легкосплавных бурильных труб, применяемых при высокочастотном алмазном бурении ( свыше 800 мин'1). Особенно заметны преимущества соединений КВС при бурении кавернозных скважин, когда поперечные деформации достигают критических значений.

Соединение КВС показано на рис.8.1. При навинчивании на бурильную трубу муфты или замка в конусном сочленении происходит натяг. Именно конусное соединение передает осевые нагрузки и крутящий момент, а также полностью воспринимает изгибающие нагрузки, разгружая резьбу. На резьбу при бурении действует только часть осевой нагрузки. В результате существенно возрастает прочность резьбового соединения и надежность бурильной колонны.

После сборки соединения торец трубы не доходит до упора, поэтому при ослаблении прессовой посадки в конусном сочленении труба ввинчивается дальше и тем самым постоянно обеспечивается напряженная посадка в конусной паре.

Основные размеры КВС приведены в табл.8.4.

Таблица 8.4

Размеры КВС

Тип соединения

Основные размеры КВС, мм

7)/

тс

Лі

СІ2

/

1,

Ь

М

Т

КВС-44/42

44

42

35,1

33,6

50

20

22

33x2

41,4

КВС-57/42

57

42

41,7

40,6

60

25

28

39x2

46,4

КВС-57/50

57

50

45,7

44,6

60

25

28

43x2

51,4

КВС-65/50

65

50

50,1

48,6

65

30

30

46x2

56,4

КВС-83/63,5

83

65,5

63,0

61,05

75

35

35

58x2,5

61,4

Опытные испытания соединений КВС-57/42, КВС-57/50 и КВС-65/50

показали, что наработка на каждое соединение в 1,35-1,5 раза выше, чем на соединения, выпускаемые серийно. Наибольший эффект получен при бурении скважин искривленных отклонителями и скважин с большими кавернами. Применение бурильных колонн с соединениями КВС позволило за счет использования более высоких частот вращения колонн повысить производительность алмазного бурения в 1,6 раза. Ресурс бурового снаряда с КВС в условиях ПГО «Сосновгеология» составил 3500-4000 ч или 10-12 тыс. м на 800-метровую колонну.

_I -

У////////77‘<

2

о

тЩР

/У // /

15°

/

Т^г

-

?т*

и.,/Л/. у /

30°

1

ь

Конусно-винтовое соединение бурильных

Рис.8.1. Конусно-винтовое соединение бурильных

труб

Один из путей совершенствования бурильных колонн - метод селективной сборки. Он заключается в отбраковке труб со значительными значениями кривизны и несоосности с дальнейшим их использованием при бурении неглубоких скважин. Наибольшие требования по величине кривизны бурильных труб и их несоосности должны предъявляться к трубам, применяемым при бурении глубоких скважин. При этом трубами с наименьшими значениями кривизны и несоосности следует комплектовать сжатую зону колонны [5].

Одним из прогрессивных способов колонкового бурения, позволяющего повысить производительность бурения в 1,5-2 раза и довести выход керна до 85-100 % с сохранением его структуры, является бурение снарядами со съемными ксрноприемниками.

Для бурения снарядами со съемными керноприемниками (ССК и КССК) применяют бурильные трубы с соединением «труба в трубу» для ССК и замковым для КССК.

Бурильные трубы для ССК изготавливаются с высокой точностью из высококачественных сталей (38ХНМ) с гладкой наружной и внутренней поверхностью, тонкостенными, с большим внутренним проходным сечением и малым радиальным зазором - зазором между колонной и стенкой скважины.

Бурильные трубы для КССК в отличие от ССК имеют специальные замковые соединения, позволяющие механизировать процесс свинчивания и развинчивания труб, так как замки имеют прорези для подкладных вилок труборазворота типа РТ-1200. Именно это отличие от ССК делает данный снаряд более удобным при бурении особенно глубоких скважин. В то же время колонны КССК имеют более значительный все. Бурильные трубы для КССК изготавливаются из стали марки 36Г2С, замки - из стали марки 40ХН.

Краткая техническая характеристика труб для ССК и КССК приведена в табл. 8.5.

Таблица 8.5

Техническая характеристика труб ССК и КССК _

Параметры

ССК-46

ССК-59

ССК-76

КССК-76

Диаметр коронки, мм

46

59

76

76

Диаметр бурильных труб, мм:

- наружный;

43

55

70

70

- внутренний

33,4

45,4

60,4

61

Внутренний диаметр высаженной части, мм

53

Наружный диаметр бурильного замка и

муфты, мм

73

Толщина стенки, мм

4,8

4,8

4,8

4,5

Масса 1 м, кг

4,5

6,0

7,7

8,3

Таблица 8.6

Размеры снарядов со съемными керноприемниками компании Atlas Copco

Серия колонкового набора и его особенность

Диаметры, мм

Коронки

Керна

Бурильной трубы

наружный

внутренний

АОМ - тонкостенный

47,6

30,3

44,5

36,8

ССЖАС А

47,6

27,0

44,5

34,9

ВвМ-тонкостенный

59,6

42,0

56,5

49,5

ССЖАС в

59,6

36,5

55,6

48,8

во

59,6

36,5

55,6

48,8

ВОЗ-трехтрубный

59,6

33,5

55,6

48,8

^М-тонкостенный

75,2

56,1

73,0

ССЖАС N

75,2

47,6

70,0

60,3

ССЖАС N3

75,2

45,1

60,3

N0

75,2

47,6

70,0

60,3

^З-трехтрубиый

75,2

45,1

70,0

60,3

ССЖАС Н

95,7

63,5

90,0

77,8

но

95,7

63,5

90,0

77,8

ССЖАС НЗ

95,7

61,1

90,0

77,8

НОЗ-трехтрубный

95,7

61,1

90,0

77,8

Рв

122,1

85,0

117,5

РрЗ-трехтрубный

122,1

83,0

117,5

вЕОВОЯ Б - трехтрубный

146

102,0

139,7

СЕОВСЖ Б- трехтрубный

150

102,0

139,7

СЕОВСЖ Б-трехтрубный со специальным

кернорвательиым кольцом

146

102,0

139,7

Зарубежные производители, прежде всего такие компании, как Atlas Copco и Boart Longyear, выпускают только колонны ССК, но номенклатура этих снарядов существенно более разнообразна, процесс механизации сборки-разборки колонн ССК решен за счет применения станков с подвижным вращателем, у которых для свинчивания-развинчивания труб используется вращатель станка и трубозахватный механизм с зажимными плашками.

Для подземного бурения компаниями Atlas Copco и Boart Longyear выпускают специальные овершоты и устройства для герметизации устья скважины, позволяющие бурить ССК пологонаклонные, горизонтальные и восстающие скважины, в которых досылка овершота и его возврат с керноприемной трубой производятся за счет давления промывочной жидкости.

В табл. 8.6 приведены некоторые размеры снарядов со съемными керноприемниками компании Atlas Copco.

Для ССК компании Atlas Copco (рис. 8.2) характерны следующие технические особенности:

замок овершота имеет независимые фиксаторы повышенной надежности;

овершот для ССК серии CORAC, разделен на две составляющие его части с шарнирным соединением и облегчает работу с овершотом и керноприемной трубой, особенно при проведении буровых работ в

Рис.8.2. Снаряд ССК серии CORAC компании Atlas Copco: 1 - оврешот с шарниром для работы в стесненных условиях; 2 - верх керноприемной трубы; 3 - овершот для бурения горизонтальных скважин; 4 - наружная труба с коронкой и

расширителем

ограниченном пространстве подземных горных выработок или в буровом здании;

  • - стандартный овершот для вертикальных и наклонных скважин может переоборудоваться в овершот для бурения горизонтальных скважин;
  • - керноприемная часть снаряда может удлиняться на расстояние кратное, 1,5 и 3,0 м;

Рис. 8.3. Внутренняя разъемная керноприемная груба 1 и извлеченный из колонкового набора керн 2; 3 - кольцо для фиксации частей трубы 1

Резьбовые соединения ССК компании Boart Longyear

Рис.8.4. Резьбовые соединения ССК компании Boart Longyear: а -трапецеидальный профиль Q1*; б-профиль RQ HP с дополнительным усилением за счет исполнения профиля в форме «hooks - крюка».

  • - конструкция снаряда имеет двойной запас прочности, что позволяет работать при значительных перегрузках;
  • - снаряды обеспечивают выход

керна более 95 % и снижение

искривления скважин за счет специальной системы подвески подшипников внутренней трубы и наличия алмазного стабилизатора на внешней трубе;

- возможность дополнения стандартной ССК третьей разъемной трубой для повышения выхода керна при работе по мягким и неустойчивым породам (рис. 8.3).

Одной из основных проблем эксплуатации бурильных колонн ССК являются достаточно малопрочные резьбовые соединения, которые из-за малой высоты профиля резьбы не способны выдерживать значительные, а часто достаточные для разрушения породы, осевые нагрузки. Резьбы отечественных и зарубежных ССК выполнены трапецеидальными.

На рис. 8.4. а, б представлены резьбовые соединения компании Boart Longyear трапецеидального профиля и усиленного профиля типа «крюк». За счет наличия дополнительного усиления профиля резьбы, по данным компании, ресурс бурильных труб с резьбами типа RQKHP увеличился в 2,5 раза в сравнении с ресурсом труб с соединениями типа Q .

Дополнительными факторами повышения прочности резьбовых соединении также являются мероприятия, связанные с их качественным изготовлением и упрочнением поверхности резьб.

При колонковом бурении снарядами без съемных керноприемников применяются одинарные и двойные колонковые трубы. Одинарные колонковые трубы выпускаются в соответствии с ГОСТ 6238-77 и применяются в условиях, когда выход керна бывает достаточным без дополнительных мероприятий по его сохранению при бурении - при бурении монолитных горных пород. Длина применяемых колонковых труб обычно бывает не менее 3 м и не превышает 10-12 м. Обычная длина колонковой трубы составляет 6 м, более длинные колонковые трубы собирают из отдельных труб с соединением их ниппелями.

Двойные колонковые трубы применяют для повышения выхода керна при бурении в сложных горно-геологических условиях. В двойной колонковой трубе наружная труба соединяется через переходник с бурильными трубами и служит для передачи на буровой инструмент крутящего момента, а внутренняя труба предназначена для приема и сохранения керна.

Таблица 8.7

Колонковые буровые снаряды компании Atlas Copco

Серия

колонко

вого

снаряда

Марка

Снаря

да

Диа-

метр

сква

жины,

мм

Диаметр

керна,

мм

Диаметр бурильной трубы, мм

Частота

вращения,

мин"1

Осевое

усилие,

кН

Кол-во

промыв.

жидкости,

л/мин

46ТТ

46,0

35,3

43,0

1200-1800

22

15-30

48ТТ

48,0

35,3

44,5

1200-1800

27

15-30

TT/TTG

56ТТ

56,5

45,2

53,5

1000-1400

25

10-25

60ТТ

60,0

45,2

55,5

1000-1400

32

10-25

46TTG

46,0

35,3

43,0

1200-1800

22

15-30

56TTG

56,5

45,2

53,3

1000-1400

25

10-25

46Т2

46,5

31,7

43,0

1200-1800

25

10-25

56Т2

56,5

41,7

53,0

1000-1400

30

15-30

Т2

66Т2

66,5

51,7

53,0

850-1450

14-20

27-44

76Т2

76,5

61,7

70,0

750-1250

16-24

16-26

86Т2

86,5

71,7

70,0

650-1100

18-27

44-70

101Т2

101,5

83,7

70,0

550-950

28-38

93-147

76Т6

76,3

57,0

70,0

750-1250

20-30

16-25

86Т6

86,3

67,0

70,0

650-1100

23-35

44-70

Тб

101Т6

101,3

79,0

70,0

550-950

28-38

84-118

116Т6

116,3

93,0

70,0

500-850

31-46

136-190

131Т6

131,3

108,0

70,0

400-700

35-53

146-205

146Т6

146,3

123,0

89,0

400-600

34-59

212-297

В

46В

46,3

31,7

43,0

900-1350

15-25

15-30

56В

56,3

41,7

53,0

850-1300

14-20

27-44

66В

66,3

51,7

53,0

800-1200

16-24

16-25

76В

76,3

61,7

70,0

750-1100

20-30

16-25

86В

86,3

71,7

70,0

650-1000

23-35

44-70

101В

101,3

86,7

70,0

550-950

28-38

84-118

116В

116,3

101,7

70,0

500-850

31-46

136-190

i

I

Серия TT

Серия Т2

Серия Тб

Серия В

Рис. 8.5. Колонковые снаряды компании Atlas Copco

Интерес представляют двойные колонковые снаряды зарубежных производителей, в частности компании Atlas Copco (рис. 8.5).

Двойные снаряды серии Тб предназначены для бурения мягких пород и пород средней твердости. В качестве промывочной жидкости могут использоваться как вода, так и глинистый раствор.

Одинарные колонковые снаряды серии В предназначены для забуривания скважин во всех типах горных пород и могут использоваться как обсадные трубы.

Колонковые снаряды компании Atlas Copco оснащены усовершенствованным подшипниковым узлом внутренней трубы и стабилизирующими элементами для снижения искривления скважин, регулируемой системой промывки. Керноприемная часть снарядов может удлиняться на длину 1,5 или 3,0 м (стандартная длина отрезков внешней и внутренней труб с резьбовыми соединениями).

В табл. 8.7 приведены основные размеры колонковых труб компании Atlas Copco и рекомендуемые компанией параметры режима бурения.

Снаряд серии ТТ предназначен для бурения горных пород средней твердости, твердых и очень твердых. Снаряды этой серии имеют модификации с уменьшенной толщиной внешней и внутренней колонковых труб (TTG). Эти снаряды используются для увеличения диаметра керна, снижения осевого усилия и количества подаваемой промывочной жидкости и могут рекомендоваться для бурения для бурения очень твердых, анизотропных горных пород, когда необходимо снизить искривление скважин и повысить механическую скорость бурения.

Таблица 8.8

Типоразмеры колонковых снарядов компании Sandvik_

Стандартные (от вертикального бурения вниз до угла наклона ствола -45°)

Тонкостенные (вертикальное бурение вверх и

вниз)

типоразмер

диаметр

скважины,

мм

диаметр

керна

типоразмер

диаметр

скважины,

мм

диаметр керна

в

59,9

36,4

56

56,8

39,0

N

75,7

47,6

66

67,1

50,0

N2

75,7

50,7

66-3

67,1

46,0

N3

75,7

45,1

76

76,3

57,0

Н

96,1

63,5

76-3

76,3

51,0

нз

96,1

61,1

103

102,8

80,0

р

122,6

85,0

103-3

102,8

75,5

РЗ

122,6

83,1

Универсальные двойные колонковые снаряды серии Т2 предназначены для бурения пород малой, средней и высокой твердости.

Таблица 8.9

Типоразмеры бурильных груб компании Sandvik_

Типоразмер

Длина,м

Наружный диаметр, мм

Внутренний диаметр, мм

Масса, кг

в

1,5

55,6

46,1

9,42

3,0

18,58

N

1,5

69,9

60,3

11,95

3,0

23,56

Н

1,5

88,9

77,8

17,93

3,0

35,84

Р*

1,5

114,3

101,6

26,79

3,0

52,56

56

1,5

53,2

47,2

4,7

3,0

9,4

66

1,5

63,9

57,0

7,7

3,0

15,3

76

1,5

69,7

60,3

11,1

Имеется вариант использования термозакаленных труб размера Р.

На рынке востребованы бурильные трубы, колонковые снаряды ССК, а еще такие инструменты и оборудование, как вертлюги, переходники, овершоты, обсадные трубы компании Sandvik.

В табл. 8.8 и 8.9 представлены основные типоразмеры колонковых снарядов и бурильных труб компании Sandvik.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>