- •4. Бурильная колонна
- •4.1. Назначение и состав бурильной колонны
- •4.2. Требования к бурильной колонне и ее составным элементам
- •4.3. Классификация бурильных труб
- •4.4. Конструкции бурильных труб
- •4.4.1. Стальные бурильные трубы с приварными замками
- •4.4.2. Бурильные трубы для электробурения
- •4.4.3 .Легкосплавные бурильные трубы
- •4.4.3.1. Лбт сборной конструкции
- •4.4.3.2.Лбт цельной конструкции
- •4.4.4. Непрерывные бурильные трубы
- •4.4.5. Ведущие бурильные трубы
- •4.4.6. Утяжеленные бурильные трубы
- •4.4.6.1. Горячекатаные утяжеленные бурильные трубы
- •4.4.6.2. Сбалансированные убт
- •4.4.6.3..Убт по стандарту 7ани
- •4.5. Другие элементы бурильных колонн
- •4.6. Условия работы бурильной колонны. Нагрузки и напряжения,
- •4.6.1. Осевые силы и напряжения от действием собственного
- •4.6.2. Силы сопротивления движению и осевые усилия
- •4.6.3. Характер вращения, формы изгиба и устойчивость бурильной колонны
- •4.6.4. Крутящий момент и касательные напряжения
- •4.6.5. Нагрузки на трубы, обусловленные клиновыми захватами
- •4.6.6. Динамические нагрузки на бурильную колонну
- •4.7. Компоновка и расчет бурильной колонны
- •4.7.1. Основные принципы компоновки бурильной колонны
- •4.7.2. Проектирование компоновки низа бурильной колонны
- •4.8. Расчет бурильной колонны на прочность
- •4.8.1. Расчет бурильной колонны на статическую прочность
- •4.8.1. Расчет бурильных труб на выносливость
- •4.8.1. 1. Растянутые участки бурильной колонны
- •4.8.1. 2. Сжатые участки бурильной колонны
- •Библиографический список
4.4. Конструкции бурильных труб
Здесь приведено описание бурильных труб, главным образом, для глубокого эксплуатационного и разведочного бурения 1. Сведения по бурильным трубам для структурно-поискового бурения могут быть получены из источника 16.
Бурильные трубы подразделяются на:
1) стальные бурильные трубы (СБТ);
2) легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ);
3) утяжеленные бурильные трубы (УБТ или УБТС).
До недавнего времени наравне с трубами цельной конструкции выпускались также трубы сборной конструкции различных типов: с высадкой внутрь, с высадкой наружу, снабженные трубными резьбами треугольного профиля, которые соединялись между собой при помощи бурильных замков типов ЗН, ЗШ, ЗУ, а также трубы с коническими стабилизирующими поясками и трапециадальными резьбами, соединяемые при помощи замков типов ЗШК и ЗУК. Наличие большого количества резьбовых соединений (три резьбовых соединения вместо одного в трубах цельной конструкции) вызывало необходимость принятия дополнительных мер для их герметизации. В настоящее время их выпуск прекращен (хотя в большинстве буровых предприятий все еще используются их остатки), и основную массу стальных труб составляют трубы с приварными замками.
В последнее время появились также бурильные трубы премиум – класса .
4.4.1. Стальные бурильные трубы с приварными замками
Эти трубы изготовляются по ГОСТ Р 50278-92 на Синарском и Таганрогском трубопрокатных заводах. После изготовления трубы и обработки ее концов производится обработка сварного шва: удаление грата, термообработка, испытание прочности шва на изгиб. После выполнения всех операций производится ультразвуковая дефектоскопия труб. Эти трубы по качеству не уступают зарубежным аналогам. Бурильные замки изготовляются по ГОСТ 27834 – 88.
Конструкция труб с приварными замками приведена на рис. 4.1, а их основные размеры и наиболее важные (при расчетах) геометрические характеристики – в табл. 4.2.
Таблица 4.2 - Геометрические характеристики труб с приварными замками
Обозначение типо-размера |
Наружный диаметр D, мм |
Толщина стенки t, мм |
Внутренний диаметр d, мм |
Площадь сечения |
Осевой момент инерции I * 106, м4 |
Осевой момент сопротив-ления W*104, м3 | |
по телу |
по проходному каналу | ||||||
102x8 |
101,6 |
8,4 |
84,8 |
2,4595 |
5,6478 |
2,6922 |
0,5300 |
114x9 |
114,3 |
8,6 |
97,1 |
2,8558 |
7,4050 |
4,0147 |
0,7025 |
114x11 |
114,3 |
10,9 |
92,5 |
3,5408 |
6,7201 |
4,7846 |
0,8372 |
127x9 |
127,0 |
9,2 |
108,6 |
3,4047 |
9,2630 |
5,9419 |
0,9357 |
127x13 |
127,0 |
12,7 |
101,6 |
4,5604 |
8,1073 |
7,5393 |
1,1873 |
140x9 |
139,7 |
9,2 |
121,3 |
3,7718 |
11,5561 |
8,0692 |
1,1552 |
140x11 |
139,7 |
10,5 |
118,7 |
4,2619 |
11,0660 |
8,9515 |
1,2815 |
Трубы различаются формой высадки и опорного уступа под элеватор.
Выпускаются трубы следующих типов:
ПВ - трубы с внутренней высадкой;
ПН - трубы с наружной высадкой;
ПК - трубы с комбинированной высадкой.
В настоящее время основную массу составляют трубы с прямоугольным опорным уступом под элеватор на муфте (рис. 4.1,а, б). ГОСТом предусмотрены также трубы с коническим уступом (рис. 4.1, в ).
Трубы изготовляются трех групп длины: I - от 5,9 до 6,3 м; II - от 8 до 8,6 м и III - от 11,9 до 12,5 м. Длина трубы определяется как расстояние между упорными торцами ниппеля и муфты.
Условное обозначение труб. В официальных документах обязательно применение следующих условных обозначений: «Труба ПК 114 х 8 -Д3 ГОСТ Р 50278-92». Это означает: труба бурильная типа ПК, условный диаметр 114 мм, толщина стенки 8,56 мм, изготовлена из стали группы прочности Д, третьей группы длины.
Для труб с левой резьбой: «Труба ЛПК114 х 8-ДЗ ГОСТ Р 50278-92».Для труб с коническим упорным уступом под элеватор перед обозначением ставится буква К: «Труба КПК 114 х 8-ДЗ ГОСТ Р 50278-92». Соответственно труба с левой резьбой и коническим упорным уступом будет иметь обозначение: «Труба ЛКПК 114 х 8-ДЗ ГОСТ Р 50278 - 92».
Правильное условное обозначение трубы гарантирует, что не возникнет путаницы при их приобретении или ремонте.
Сортамент бурильных труб по ГОСТ Р 50278-92 приведен в приложении (табл. П1). Там же приведены условное обозначение трубы, толщина стенки и фактический наружный диаметр, внутренний диаметр сварного шва, приведенная масса погонного метра в зависимости от группы длины, группа прочности стали, тип замка и резьбы.
Маркировка труб с приварными замками производится на наружной поверхности цилиндрической части высадки у ниппеля замка. Маркировка клеймением содержит: номер трубы, группу прочности, условный диаметр трубы в мм, толщину стенки в мм, товарный знак завода – изготовителя. Кроме того, светлой краской обозначаются тип трубы, условный диаметр, условная толщина стенки в мм, группа прочности, длина трубы в см, масса трубы с ниппелем и муфтой замка в кг, исполнение упорного уступа под элеватор (А или Б), товарный знак завода – изготовителя, месяц и год изготовления.
Таким образом, маркировка краской содержит информацию также о длине и массе трубы. Приварные бурильные замки состоят из замкового ниппеля (рис. 4.2, а) и замковой муфты (рис 4.2, б). На одном конце замкового ниппеля нарезается наружная замковая резьба, замковой муфты – внутренняя замковая резьба. Соединение муфты и ниппеля к трубе осуществляется с противоположных концов сваркой трением.
Замковая резьба (рис. 4.3) характеризуется большой конусностью и крупным шагом,
имеет треугольный профиль с углом при вершине 600, биссектриса угла перпендикулярна оси замка. Вершины витков резьбы срезаны, а впадины закруглены.
Конусность резьбы определяется как удвоенный тангенс угла наклона образующей конуса к оси трубы, а шаг – как расстояние по оси между двумя смежными нитками резьбы.
В зависимости от типа замка и диаметра трубы, для которой предназначен замок, конусность замковой резьбы составляет 1:4 или 1:6, а число ниток на длине 25,4 мм (один дюйм) равно 5 (шаг 5,08 мм) или 4 (шаг 6,35 мм). Все нитки замковой резьбы имеют одинаковый профиль. Большая конусность и крупный шаг дают возможность быстро и многократно свинчивать – развинчивать бурильные свечи при СПО, а длина замка обеспечивает возможность перенарезки резьбы при ремонте замка. Коническая
РИС 4.1
резьба замковая
а) б)
Рисунок 4.2 – Приварной бурильный замок:
а) замковый ниппель; б) замковая муфта
резьба имеет натяг и более надежна против самоотвинчивания, в большей мере обеспечивает взаимозаменяемость деталей и в некоторой мере компенсирует погрешности нарезки.
рис. 4.3
Натяг определяется как расстояние между торцами муфты и ниппеля после их свинчивания вручную (еще до приварки их к трубам). Последующее машинное крепление замков обеспечивает плотность резьбовых соединений, предупреждает самоотвинчивание.
С позиций величины гидравлических сопротивлений существенное значение имеет также внутренний диаметр высадки. Высадка внутрь создает в 1,5…4 раза большие гидравлические потери в трубах по сравнению с высадкой наружу. Поэтому эти трубы рекомендуется применять при роторном бурении. Трубы с высадкой наружу обеспечивают примерно равное проходное сечение и минимальные гидравлические потери в колонне, благодаря чему пригодны для бурения гидравлическими забойными двигателями. Трубы с комбинированной высадкой занимают промежуточное положение.
Сортамент приварных замков приведен в приложении (табл. П2).
Бурильные трубы изготовляют из высококачественных углеродистых (марки 45) или легированных сталей марок 38 ХНМ, 36Г2С,35Г2СВ и др. Для обозначения материала труб принят термин "группа прочности". Группа прочности стали – это условный индекс, введенный для упрощения обозначения прочностных характеристик стали. Например, в сталь группы прочности Д входит примерно 0,48% углерода, 0,17-0,37% кремния, 0,65-0,90% марганца. Строгий химический состав ГОСТом не регламентируется, однако ограничивается содержание вредных примесей - серы и фосфора (< 0,045% каждой). Всего принято 7 групп прочности: Д, К, Е, Л, М, Р, Т. Трубы групп прочности, кроме Л, изготовляют из легированных сталей, подвергают нормализации с отпуском; Л – из углеродистой стали, подвергают закалке с отпуском. Замки к ним изготовляют из сталей марок 40ХН или 45, или (если прочность материала трубы выше прочности сталей 40ХН или 45) из того же материала, что и трубы. В любом случае прочность материала замка не должна уступать прочности материала трубы.
Наиболее важные показатели механических свойств материалов труб приведены в табл. 4.3.
Таблица 4.3-Механические свойства материалов труб с приварными замками по ГОСТ З 50278-92
Группа проч-ности |
Предел текуче-сти не менее |
Предел проч-ности,, не менее |
Относительное удлинение, , %, не менее |
Относительное сужение, , %, не менее |
Ударная вяз-кость, кДж/м2, не менее |
Д |
378 |
655 |
16 |
50 |
690 |
Е |
517 |
689 |
14 |
50 |
690 |
Л |
655 |
724 |
14 |
50 |
690 |
М |
724 |
792 |
12 |
45 |
690 |
Р |
930 |
999 |
12 |
45 |
690 |
Т |
1035 |
1104 |
11,5 |
40 |
690 |
Трубы с приварными замками изготовляются также из материалов по стандарту Американского нефтяного института (АНИ), механические характеристики которых приведены в табл. 4.4.
Таблица 4.4 - Механические свойства материалов труб по стандарту АНИ
Группа прочности стали |
Предел текучести |
Предел прочности, , |
Относительное удлинение, , %, | |
от |
до | |||
D |
379 |
- |
665 |
14,3 |
E-75 |
516 |
723 |
689 |
13,0 |
X-95 |
665 |
892 |
723 |
12,0 |
G-105 |
723 |
930 |
792 |
11,5 |
S-135 |
921 |
1137 |
999 |
9,5 |
Для проверки качества труб материал подвергается испытанию на растяжение и ударную вязкость, а труба – на сплющивание. Замки для труб диаметром 114 мм и менее поставляют
обычно из стали следующей группы прочности, а для труб свыше 114мм– из стали той же группы прочности. Поверхности замков армируются твердым сплавом, резко повышающим их твердость и износостойкость. Для повышения износостойкости резьбы фосфатируют.