Утяжеленные бурильные трубы

Для увеличения жесткости нижней части бурильной колонны над долотом (забойным двигателем) устанавливают утяжеленные (толстостенные) бурильные трубы (УБТ).

Ниже приводится краткая характеристика конструктивных и эксплуатационных особенностей наиболее распространенных УБТ. Более подробные сведения о них и других типах УБТ можно получить в специальной литературе.

УБТ гладкие по всей длине и с конусной проточкой в верхней части

Отечественной промышленностью трубы этого типа (рис. 61) изготовляются серийно по нормали Н291—49 диаметрами 95 и 108 мм и по ЧМТУ 3532—53 диаметрами 146, 178, 203 мм. Трубы диаметрами 95, 108 и 146 мм поставляются длиной 6 и 8 м, а диаметрами 178 и 203 мм — 8 и 12 м.

Комплект УБТ имеет одну наддолотную трубу 2 с внутренней замковой резьбой на обоих концах и необходимое число промежуточных труб 1, снабженных на верхнем конце внутренней, а на нижнем наружной замковой резьбой.

Изготовляют эти трубы из сталей групп прочности Д и К методом прокатки без последующей термической обработки, что обусловливает их недостаточную прочность и незначительную износостойкость, особенно в резьбовых соединениях. Помимо этого они имеют значительные допуски на кривизну, раз- ностенность и овальность. Все это приводит во время работы долота на забое к биению бурильной колонны и, как следствие этого, возникновению динамических нагрузок и к возможным разрушениям колонны.

Для улучшения эксплуатационных качеств УБТ стандартной конструкции во ВНИИБТ проведены работы, сущность которых сводится к улучшению технологии изготовления труб.

Сбалансированные УТБ

Недостатки, присущие УБТ, изготовляемым по нормали Н291—49, в значительной степени устранены у сбалансированных утяжеленных бурильных труб (УБТС), выпускаемых по ОТУ26-02-22—66. Канал у этих труб (рис. 62) просверлен, что обеспечивает его прямолинейность, а механическая обработка поверхности труб, обкатка резьбы роликом, термическая обработка труб и фосфатирование резьбы повышает их прочностные показатели. Конструктивные особенности и технология изготовления УБТС обеспечили их меньшую кривизну, разностенность и овальность, что улучшило эксплуатационные качества. Особенно ощутимо пре-имущество УБТС, имеющих более износостойкую резьбу типа Зс и зарезьбовые разгрузочные канавки, стабилизирующие напряжения. Весьма важно, что техническими условиями предусматривается выпуск УБТС одиннадцати диаметров (от 89 до 299 мм), а не шести, как это предусмотрено для УБТ по нормали Н291—49 и ЧМТУ 3532—53.

 

Улучшение качества материала, повышение требований к технологии изготовления, механической и термической обработке труб и резьб, сбалансированность труб, большой набор диаметров создают предпосылки для широкого внедрения этих труб в самых разнообразных условиях бурения.

УБТ с квадратным сечением по периметру

Одной из перспективных конструкций УБТ являются трубы с квадратным сечением по периметру, позволяющие иметь небольшой зазор между бурильной колонной (в нижней ее части) и стенками скважины (по граням квадрата), но достаточное затрубное сечение для циркуляции промывочной жидкости.

Квадратные УБТ применяют в двух вариантах: цельной и сборной конструкции. Квадратные УБТ цельной конструкции (рис. 63) имеют размер по диагонали почти равный диаметру долота и по этой причине выполняют функции удлиненного стабилизатора, способ ствуя предупреждению искривления скважин. Для увеличения износостойкости грани квадрата наваривают карбидом вольфрама или релитом, но не по всей длине ребер, а прерывисто. На концах трубы нарезается внутренняя замковая резьба. Квадратные УБТ сборной конструкции (рис. 64) состоят из трех (двух) свинченных со смещением на 45° секций, имеющих квадратное сеченне по периметру. Секции свипчиваются с помощью замковой или трубной резьбы и после этого свариваются. На концах трубы нарезается трубная резьба с гладким цилиндрическим блокирующим пояском. Затем в горячем состоянии навинчиваются переводники с наружной замковой резьбой на одном конце (ниппеле) и с внутренней замковой резьбой на другом (муфте).

11. Принцип создания и измерения осевой нагрузки на долото.

Для расчета бурильной колонны на прочность необходимо знать нагрузки и возникающие в результате их действия напряжения в любом сечении бурильной колонны.

Однако определить напряжения с достаточной точностью довольно трудно, так как бурильная колонна не является стержнем постоянного сечения вследствие наличия высаженных концов на трубах, соединительных муфт, бурильных замков и переводников. Осложняется расчет напряжений и необходимостью учета гидростатических и гидродинамических сил, сил трения, возникающих при осевом перемещении бурильной колонны и при ее вращении в скважине, и других трудно учитываемых сил.

Поэтому приходится рассчитывать напряжения приближенно, а неучтенные силы компенсировать коэффициентом запаса прочности, устанавливаемым на основании опьгоа эксплуатации бурильных колонн. Допустимо рассчитывать напряжения, принимая, что бурильная колонна работает в воздушной среде.

Бурильная колонна может быть одноразмерной и многоразмерной. Одноразмерная комплектуется трубами, имеющими одинаковые диаметры и толщины стенок, а многоразмерная состоит из нескольких (чаще двух—трех) одноразмерных секций, диаметры которых уменьшаются в направлении к долоту. Одноразмерная колонна и секции многоразмерных колонн могут быть собраны из труб, изготовленных из материала одной или разных групп прочностей. Естественно, что допустимая длина одноразмерной колонны меньше длины много-размерной.

Определить допустимое напряжение растяжения от действия осевых сил и, следовательно, допустимую длину многоразмерной колонны можно по формуле

Пользуясь формулами (IV.1)—(IV.3), можно получить допустимые напряжения, вес и длину бурильной колонны любой конструкции.

При рассмотрении условий работы бурильной колонны (§ 13) отмечалось, что при бурении с забойными двигателями и при роторном бурении колонна находится не в одинаковых напряженных состояниях.

При бурении с забойными двигателями (турбобуром, электробуром) в верхней растянутой части колонны возникают напряжения растяжения ораст >а в нижней части, передающей нагрузку на долото, — напряжения сжатия стсж.

Потерявшая в сжатой части устойчивость бурильная колонна от действия сжимающих сил испытывает также изгибающие напряжения а'нзг, которые, имея максимальное значение у долота, постепенно уменьшаются в направлении к нижнему участку растянутой части колонны.

Бурильная колонна испытывает касательные напряжения т' от действия реактивного момента турбобура, постепенно уменьшающиеся в направлении к вертлюгу и достигающие его только при коротких бурильных колоннах.

При вращении ротором бурильная колонна испытывает касательные напряжения т, уменьшающиеся к долоту.

Расчеты показывают, что Стизг в связи с ограничением изгиба колонны стенкой скважины не достигают опасных значений; невелики и напряжения т' и т. Поэтому при бурении с забойными двигателями бурильную колонну рассчитывают с учетом действия на нее только напряжений растяжения и сжатия.

Пользуясь формулой (IV.1), можно с достаточной для практики точностью определить напряжения растяжения в бурильной колонне в процессе работы долота на забое.