5.4 Обважнені бурильні труби

Обважені бурильні труби (ОБТ) являють собою гарячекатані товстостінні труби кільцевого перерізу (рис. 5.5). Відомі конструкції обважених бурильних труб квадратного перерізу, а також з поздовжніми або спіральними канавками на зовнішній поверхні.

Обважені бурильні труби по ТУ 14-3-164-73 виготовляють двох типів: гладкі по всій довжині (рис. 5.5, а) і з конусною проточкою (рис. 5.5, в), яка полегшує захват і утримування труби. Достатня товщина стінок дозволяє нарізати на кінцях труби крупну конічну різь на зразок з’єднувальної різьби бурильних замків. Над долоті ОБТ на відміну від інших мають на двох кінцях внутрішню різьбу (рис. 5.5, б, г).

В процесі буріння ОБТ піддаються обертанню і знако змінному згину. Найбільші напруження виникають в різьбовому з’єднанні, яке має меншу жорсткість, ніж тіло труби. Концентрація напружень у западинах різьби знижує втомлену міцність ОБТ. Розвантажувальні зарізьбові канавки і обкатування роликом западин різьби і поверхні канавок сприяють підвищенню втомної міцності ОБТ.

В бурінні широко застосовуються збалансовані обважені бурильні труби ОБТС, отвір і зовнішню поверхню яких механічно обробляють, що забезпечує прямолінійність отвору і співпадання його осі з віссю бурильної труби. Завдяки цьому понижується биття при обертанні і відповідно зменшується рівень динамічних навантажень і підвищується запас міцності труб. Обважнені бурильні труби ОБТЗ виготовляють згідно ТУ 39-076-74 (табл. 5.4).

а — проміжні; б — наддолотні; в — проміжні з проточкою; г — наддолотні з проточкою

Рисунок 5.5 — Утяжелені бурильні труби

Таблиця 5.4

5.5 Різьові з’єднання труб

Труби, муфти, перевідники і інші елементи бурильної колони з'єднуються конічними різьбами, які у порівнянні з циліндричними мають важливими для умов буріння перевагами. Натяг, що створюється при згвинчуванні конічної різьби, забезпечує надійну герметизацію елементів бурильної колони, що стикуються. На відміну від циліндричної різьби число обертів, необхідних для згвинчування і розгвинчування конічної різьби, не залежить від числа ниток, що знаходяться в спряженні, і складає

де h — робоча висота профілю різьби;

А — діаметральний натяг згвинченого з'єднання;

К — конусність різьби;

Р — крок різьби.

З формули випливає, що число обертів, необхідне для згвинчування, зменшується при збільшенні кроку і конусності різьби. Тому бурильні замки і інші деталі, які часто згвинчуються і розгвинчуються, мають більш крупну конічну різьбу. При згвинчуванні ніпель бурильного замка входить в муфту на достатню глибину і завдяки цьому забезпечується самоцентрування підвішеної до талевого механізму бурильної свічки відносно колони труб, що утримується на столі ротора. Слід враховувати, що із збільшенням кроку і конусності зменшується число ниток, що знаходяться в зачепленні. Збільшення глибини і кроку різьби підвищує її зносостійкість і опір зминанню, але призводить до небажаного зменшення площі перерізу під різьбою.

Конічна різьба в порівнянні з циліндричною того ж діаметра забезпечує більшу міцність з'єднання на розтяг завдяки більшій площі небезпечних перерізів, які співпадають з остан-німи нитками різьби. Для перенарізання конічної різьби достатньо відрізати 15-30 мм від торця різьби.

Конічні різьби мають різні профілі. В трубах нафтового сортаменту найбільш поширені конічні різьби трикутного профілю з кутом при вершині 60 градусів, спряженням по бокових сторонах профілю і зазорами по зовнішньому і внутрішньому діаметрах різьби (рис. 5.6, а). Поширюється область застосування конічних різьб з трапецеїдальним або упорним профілем, з спряження по внутрішньому і зовнішньому діаметрах різьби і зазорами по одній з бокових сторін профілю (рис. 5.6, б). В трапецеїдальній різьбі крупний крок Р сумісний з невеликою глибиною h₁ різьби.

1 — лінія, паралельна осі різьби; 2 — лінія середнього діаметра різьби

Рисунок 5.6 — Різьба бурильних труб

Розрахункові діаметральні розміри конічних різьб задаються в основній площині. Основною площиною називають перпендикулярний до осі різьби розрахунковий переріз, розміщений на заданій віддалі від бази конуса. За базу різьбового конуса на трубах звичайно приймається кінець збігу різьби (остання риска на трубі), а в замкових різьбах — упорний виступ ніпельної частини і упорний торець муфтової частини. В основній частині розміри конічної співпадають розмірами циліндричної того ж номінального діаметра. Конусність К визначається як різниця однойменних діаметрів (d₁, d₂) в двох перерізах, перпендикулярних до осі, віднесена до віддалі l між цими перерізами:

Кут між твірною конуса і віссю різьби називають кутом нахилу. Кут нахилу і конусність зв'язані між собою залежністю

Крок різьби вимірюється паралельно осі різьби труби і муфти. Бісектриса кута профілю різьби повинна бути перпендикулярна до осі різьби труби і муфти.

Основні параметри профілю трубної різьби по ГОСТ 631-75 приведені нижче.

Число ниток на довжині 25,4 мм	8
Крок різьби Р, мм	3,175
Глибина h1, мм	1,810
Робоча висота профілю, мм	1,734
Радіус заокруглень, мм: вершин профілю, r впадин профілю, r1	0,508 0,432
Зазор z, мм	0,076
Конусність К	1 : 16
Кут нахилу

Трубна різьба нарізається на кінцях бурильних труб, з'єднувальних муфтах і приєднувальних кінцях бурильних замків. На з'єднувальних кінцях муфти і ніпеля бурильних замків (див. рис. 5.3), обважених бурильних труб, на зовнішніх кінцях перевідників ведучої труби, а також в долотах і ловильному інструменті застосовується замкова різьба по ГОСТ 5286-75. Основні параметри профілю замкової різьби наведені нижче.

Число ниток на довжині різьби 25,4 мм	5	4	4
Крок різьби Р, мм	5,08	6,35	6,35
Конусність різьби, К	1 : 4	1 : 4	1 : 6
Глибина h1, мм	2,993	3,742	3,755
Робоча висота профілю h, мм	2,626	3,283	3,293
Радіус заокруглень впадин r1, мм	0,508	0,635	0,635
Висота зрізу вершин, мм	0,875	1,094	1,097
Кут нахилу

Для бурильних труб з конічними стабілізуючими поясками використовують замки ЗШК і ЗУК, різьба яких у порівнянні із стандартною замковою має вкорочену на 25% висоту профілю і на 23% ширину зрізу вершин. Завдяки цьому зростають зносостійкість різьби і її опір втомі. Різьба цього типу застосовується також в збалансованих обважених трубах.

В з'єднанні бурильних труб з замками ЗШК і ЗУК (див. рис. 5.3, б) використовується трапецеїдальна різьба ТТ (рис. 5.6, б), розміри якої наведені нижче.

Крок різьби Р, мм	5,08
Конусність різьби К	1 : 32
Кут нахилу
Висота профілю різьби h, мм
Ширина площадки вершини профілю b, мм	1,99
Ширина площадки впадини b1, мм
Радіус заокруглення вершини профілю, мм
Радіус заокруглення впадин, мм

Згідно вимог ГОСТ 631-75, різьба труб і муфт повинна бути оцинкована або фосфатована. Для зменшення зношення замкових різьб і підвищення їх опору корозійному втомленню застосовують змазки, з яких найбільш ефективні ГС-1 і Р-416.