Обсадні труби та їх з’єднання

 

Обсадну колону компонують із стальних суцільнокатаних труб, які з'єднуються між собою за допомогою різьби. Обсадні труби для нафтових і газових свердловин виготовляють у відповідності з існуючим стандартом.

За конструкцією всі труби можна умовно розділити на дві групи. Основну групу складають труби, виготовлені у вигляді пустотілого циліндра круглого поперечного перерізу з постійною по довжині товщиною стінки (рис. 9.1, а, б). До другої групи належать труби, виготовлені у формі циліндра, потовщеного на одному кінці назовні (рис. 9.1, в).

 

а – труба з муфтовим з’єднанням та різьбою трикутного чи трапецієподібного профілю; б – труба з муфтовим з’єднанням підвищеної герметичності трапецієподібного профілю; в – труба з одним потовщеним кінцем, безмуфтовим з'єднанням підвищеної герметичності і різьбою трапецієподібного профілю.

 

Рис. 9.1. Схема обсадних труб та їх з’єднань

 

Труби з постійною по довжині товщиною стінки з'єднують між собою з допомогою муфт. Кінці кожної труби мають форму зрізаного конуса з нахилом твірної до осі під кутом 1⁰ 47' 24 (подвоєний тангенс цього кута – конусність дорівнює 1:16) з нарізаною різьбою спеціального профілю.

Муфти до таких труб виготовляють у вигляді пустотілого циліндра круглого перерізу з нарізаною внутрішньою різьбою (рис. 9.1, а, б). Конусність і профіль різьб у муфтах такі ж, як і на трубах.

Труби з потовщеними кінцями з'єднують між собою згвинчуванням труба в трубу. (рис. 9.1, в). Зовнішня поверхня нормального і внутрішня поверхня потовщеного кінця цих труб мають різьбу спеціального профілю з конусністю 1:16.

Стандартом передбачений випуск п'яти різновидностей з'єднань обсадних труб:

1. з короткою трикутною різьбою;

2. з подовженою трикутною різьбою;

3. з трапецієподібною різьбою (ОТТМ);

4. високогерметичні з трапецієподібною різьбою (ОТТГ);

5. високогерметичні безмуфтові з'єднання з трапецієподібною різьбою (ТБО).

Перші дві різновидності мають конічну різьбу трикутного профілю (рис. 9.2) і відрізняються між собою її довжиною. Довжина різьби у з'єднаннях другої різновидності на 25 – 50 % (в залежності від діаметра труби) більша, ніж першої. Кут при вершині профілю різьби дорівнює 60⁰.

 

 

1 – лінія паралельна осі різьби; 2 – лінія середнього діаметра різьби

 

Рис. 9.2. Схема конічної різьби трикутного профілю

 

Радіуси заокруглень вершин і впадин різьби не однакові, тому при згвинчуванні муфти з трубою в з'єднанні утворюється тонкий зазор, в який втискується надлишок мастила, і він виконує роль своєрідного гідравлічного затвора.

З’єднання решти різновидностей мають різьбу трапецієподібного профілю (рис. 9.3) з кутом нахилу β_Р = 1⁰ 47' 24", конусністю 2tg β_Р = 1:16.

Профіль різьби має форму нерівнобічної трапеції. Сторона профілю, що сприймає навантаження, нахилена до осі різьби під кутом 87⁰, а інша, завантажена – під кутом 80⁰. Міцність з'єднань з трапецієподібною різьбою на розтяг значно більша, ніж у з'єднань з трикутною різьбою.

 

Рис. 9.3. Схема трапецієвидного профілю різьби

 

На кінцях труб ОТТГ і ТБО і в муфтах є гладкі ущільнюючі конічні поверхні (рис. 9.4). При згвинчуванні з натягом ніпельний кінець такої поверхні щільно притискується до відповідної поверхні муфти ОТТГ (муфтового кінця труби ТБО), завдяки чому досягається висока герметичність з'єднання. У муфтах з'єднань ОТТГ і в муфтових кінцях з'єднань ТБО є упорні виступи. Після докріплення з'єднання торець труби повинен упиратися в торець упорного виступу муфти по цілому периметру стику упорних поверхонь. Це дозволяє попередити небезпеку надмірного натягу конічної поверхні однієї деталі на відповідну конічну поверхню іншої.

Згідно стандарту, обсадні труби з короткою конічною різьбою можуть бути 19 розмірів з умовними діаметрами від 114 до 508 мм. За точністю і якістю труби можуть бути двох виконань – А та Б (виконання А точніше).

Стандартом допускається овальність (відношення різниці найбільшого і найменшого діаметрів труби до їх півсуми) – до 2,5 % і різностінність – до 12,5 %. Передбачено виготовлення труб одного умовного діаметра з різними товщинами стінок (від 5,2 до 16,5 мм – в залежності від діаметра, групи міцності і конструкції з'єднання).

Труби і муфти до них, як правило, виготовляються із сталі однакової групи міцності. Згідно зі стандартом, обсадні труби виготовляють зі сталей семи груп міцності (табл. 9.1).

Після виготовлення труб з нагвинченими муфтами і безмуфтових вони підлягають гідравлічному випробуванню. Тиск гідравлічного випробування розраховують так, щоб приведене (еквівалентне) напруження в тілі труб з умовним діаметром до 219 мм

 

Рис. 9.4. Схема високогерметичних різьбових з’єднань ОТТГ та ТБО

 

виконання Б дорівнювало 80 %, а в тілі труб більшого діаметра – 60 % від границі текучості.

Обсадні труби повинні бути прямими. Посередині труби прогин не повинен перевищувати 1:2000 її довжини.

Таблиця 9.1.

Характеристика механічних властивостей сталей

 

	Д	К	Е	Л	М	Р	Т
Границя міцності (тимчасовий опір), σм, МПа. не менше	655 (637)*
Границя текучості σт, МПа, не менше	(373)*
не більше		–

 

*Значення показників механічних властивостей належать до труб виконання Б.