Виды соединений буровых труб
Обновлено: 07.07.2024
Виды соединений буровых труб
ГОСТ 32696-2014
(ISO 11961:2008)
ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ БУРИЛЬНЫЕ ДЛЯ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Steel drill pipes for petroleum and natural gas industries. Specifications
* В ИУС N 2-2016 ГОСТ 32696-2014 приводится с
МКС 77.140.75, 75.180.10, здесь и далее по тексту. -
Примечание изготовителя базы данных.
Дата введения 2016-01-01
Цели и принципы, основной порядок работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 357 "Стальные и чугунные трубы и баллоны", Открытым акционерным обществом "Российский научно-исследовательский институт трубной промышленности" (ОАО "РосНИТИ")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 357 "Стальные и чугунные трубы и баллоны"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 июня 2014 г. N 45)
За принятие проголосовали:
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97
Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Госстандарт Республики Беларусь
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 июля 2015 г. N 989-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 32696-2014 (ISO 11961:2008) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2016 г.
5 Настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному стандарту ISO 11961:2008* "Petroleum and natural gas industries - Steel drill pipe" (ISO 11961:2008 Нефтяная и газовая промышленность. Трубы стальные бурильные) путем:
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.
- внесения дополнительных слов (фраз, показателей, ссылок), выделенных в тексте настоящего стандарта полужирным курсивом*;
* В бумажном оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделах "Предисловие", "Введение", 5 "Информация, которую должен предоставить потребитель при оформлении заказа на бурильные трубы", приложениях ДА и ДВ приводятся обычным шрифтом; отмеченные по тексту знаком "**" - полужирным курсивом, остальные по тексту документа приводятся курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.
- внесения дополнительных структурных элементов (пунктов, подпунктов, абзацев, терминологических статей), выделенных в тексте настоящего стандарта вертикальной линией, расположенной на полях этого текста;
- изменения отдельных структурных элементов (подразделов, пунктов, подпунктов, абзацев, таблиц и рисунков), выделенных в тексте настоящего стандарта курсивом и вертикальной линией, расположенной на полях этого текста;
- изменения отдельных слов (фраз, показателей), выделенных в тексте настоящего стандарта курсивом;
- изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ Р 1.5 (подразделы 4.2 и 4.3). Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДГ.
Степень соответствия - модифицированная (MOD)
6 Настоящий стандарт разработан на основе национального стандарта Российской Федерации ГОСТ Р 54383-2011 (ИСО 11961:2008) "Трубы стальные бурильные для нефтяной и газовой промышленности. Технические условия".
7 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
Изменение N 1 внесено изготовителем базы данных по тексту ИУС, N 3, 2020
Введение
Настоящий стандарт модифицирован по отношению к международному стандарту ISO 11961:2008 с поправкой N 1 в связи с необходимостью дополнения размеров и групп прочности бурильных труб, широко применяемых в российской нефтяной и газовой промышленности.
Модификация настоящего стандарта по отношению к международному стандарту заключается в следующем:
- раздел 2 исключен. Содержание раздела 2 включено в раздел 3, как напрямую относящееся к применению ссылочных нормативных документов;
- раздел 4 разделен на два самостоятельных раздела (3 и 4), что обусловлено большим объемом раздела;
- наименование некоторых терминов приведено к наименованию, применяемому в национальной промышленности, так например, термин "роторное упорное соединение" заменен термином "резьбовое упорное соединение", термины "шейки замка", "шейка муфты", "шейка ниппеля" - терминами "хвостовики замка", "хвостовик муфты", "хвостовик ниппеля";
- заменены некоторые обозначения и показатели для приведения в соответствие с обозначениями и показателями, принятыми в системе единиц СИ и национальной стандартизации;
- введены дополнительные термины, традиционно применяемые в национальной промышленности, для уточнения применяемых понятий;
- исключены значения показателей, выраженные в американской системе единиц, которые нецелесообразно применять в национальной стандартизации, и соответствующие приложения C и F;
- изменена точность значений длины муфты и ниппеля по наружной поверхности и , диаметра фаски упорных поверхностей замка с двух десятичных знаков на один десятичный знак после запятой, в соответствии с указанными для этих размеров предельными отклонениями;
- американские условные обозначения размеров труб Ряд 1 и Ряд 2 заменены соответствующими значениями наружных диаметров и толщин стенок, исключены соответствующие термины "Ряд 1 (label 1)", "Ряд 2 (label 2)";
- дополнена группа прочности D, широко применяемая в национальной промышленности, и связанные с ней показатели, слова, фразы и положения. Соответствие групп прочности тел бурильных труб и свойств замков при растяжении и типов резьбовых упорных соединений приведено в приложении ДА;
- дополнены три размера бурильных труб групп прочности D и E с внутренней высадкой 73,02x9,19; 88,90x9,35 и 88,90x11,40 мм, широко применяемые в национальной промышленности, и связанные с ними показатели;
- дополнительно внесена возможность изготовления замков с резьбовыми соединениями по ГОСТ 28487-2018, эквивалентными и взаимозаменяемыми с соединениями по ISO 10424-2:2007;
- из стандарта исключены ссылки на стандарты АНИ, с сохранением ссылок на аналогичные стандарты ИСО или АСТМ;
- из стандарта исключены положения, связанные с лицензированием, проводимым Американским нефтяным институтом;
- стандарт дополнен приложением ДБ, в котором приведен расчет приблизительной массы единицы длины бурильных труб.
Сравнение структуры настоящего стандарта и стандарта ISO 11961:2008 приведено в приложении ДВ.
По сравнению с ISO 11961:2008 область применения настоящего стандарта после дополнения группой прочности Д, размерами бурильных труб и резьбовыми соединениями замков, широко применяемыми в российской промышленности, охватывает все группы прочности, размеры бурильных труб и резьбовые соединения замков, предусмотренные в Российской Федерации и ГОСТ 27834-95. По сравнению с этими стандартами, настоящий стандарт:
- содержит большие возможности для потребителя по выбору уровня требований и качества, видов дополнительного контроля и испытаний изделий;
- устанавливает свойства изделий, востребованные в современной нефтяной и газовой промышленности;
- регламентирует организацию и проведение операций контроля качества изделий, в том числе неразрушающего контроля, на различных стадиях производства;
- учитывает требования ГОСТ ISO 9001, регламентирует процессы прослеживаемости и идентификации изделий, контроля и валидации процессов, сохранения записей.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на стальные бурильные трубы с высаженными концами и приваренными замками, предназначенные для бурения и добычи в нефтяной и газовой промышленности, поставляемые по трем уровням требований к продукции (PSL-1, PSL-2 и PSL-3). Основными для настоящего стандарта являются требования PSL-1. Требования, устанавливаемые уровнями требований PSL-2 и PSL-3, приведены в приложении E.
Настоящий стандарт распространяется на бурильные трубы следующих групп прочности:
- бурильные трубы групп прочности D и E;
- высокопрочные бурильные трубы групп прочности X, G и S.
Стандартная конфигурация бурильной трубы, ее основные элементы и их длины указаны на рисунке B.1 (приложение B). Перечень бурильных труб, на которые распространяется настоящий стандарт, их основные размеры и масса приведены в таблице A.1 (приложение A).
Настоящий стандарт может быть также применен к бурильным трубам с типами резьбовых упорных соединений, не предусмотренных настоящим стандартом.
По согласованию между потребителем и изготовителем настоящий стандарт может быть применен к телу бурильных труб и/или замкам других размеров. В приложении D приведены дополнительные требования, касающиеся испытаний на ударный изгиб, неразрушающего контроля, размера партии, документации и маркировки, которые могут быть согласованы между потребителем и изготовителем.
В настоящем стандарте не рассматриваются эксплуатационные свойства бурильных труб.
1 В настоящем стандарте для обозначения бурильных труб применяют следующие показатели: наружный диаметр и толщина стенки тела труб, группа прочности (D, E, X, G или S), тип высадки и тип резьбового упорного соединения. Обозначение применяют для идентификации бурильных труб при оформлении заказа.
2 Требования к резьбовым соединениям замков приведены в стандартах [1], [2] и ГОСТ 28487**.
3 Эксплуатационные свойства бурильных труб приведены в стандарте [3].
2 Нормативные ссылки
Использование для метода испытаний одновременной ссылки на два стандарта означает, что такие стандарты взаимозаменяемы по своим требованиям.
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты*:
* Таблицу соответствия национальных стандартов международным см. по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.
Соединение бурильных труб
Все производители бурильных труб при изготовлении своей продукции руководствуются единым документом, унифицирующим все производимые бурильные трубы и задающие перечень требований к выпускаемой продукции. Речь идет о требованиях ГОСТ Р «Трубы бурильные геологоразведочные, типы и основные параметры». Этот документ регламентирует параметры изготавливаемого бурового инструмента, который применяется во всех сферах: от строительства до геологоразведки или разработки месторождений полезных ископаемых. При этом требования распространяются как на размеры, тип и профиль резьбы, так и на механические свойства материала, из которого они произведены.
Сегодня на рынке представлен широкий ряд типоразмеров бурильных труб, которые можно классифицировать как по сфере их применения, так и по особенностям конструкции. В число таких особенностей относится тип их соединения.
Соединение бурильных труб преимущественно обеспечивается благодаря использованию муфт, ниппелей и бурильных замков – специального соединительного устройства, с одной стороны которого расположена муфта с крупной внутренней резьбой, а с другой – аналогично крупная наружная резьба ниппеля. Используемые для соединения бурильных труб замки буровые также делятся на несколько типов, применение каждого из которых обусловлено типом применяемых труб. Например, при применении технологии турбинного бурения или бурения, связанного с использованием электробура, для обеспечения надлежащих условий проходки применяются бурильные трубы с высаженными наружу концами. При соединении такого типа труб применяются буровые замки с увеличенным проходным отверстием (условное обозначение таких замков – ЗУ). Если же в процессе бурения применяются бурильные трубы с высаженными внутрь концами, для соединения таких бурильных труб могут применяться замки с нормальным или широким проходным отверстием, условно обозначаемые ЗН и ЗШ соответственно.
К сожалению, любое резьбовое соединение бурильных труб, каким бы плотным оно ни было, связано с возможностью проникновения в зазоры различных веществ, вызывающих коррозию. Кроме того, в условиях высоких, в том числе вибрационных, нагрузок такое сочленение, которое включает не одно, а целых три резьбовых соединения. Как и в любой другой системе, количество соединений напрямую влияет на надежность всей конструкции.
Помимо резьбы существуют и технологии безрезьбового соединения бурильных труб, в случае которого применяются металлические муфты с кольцами.
Типы бурильных труб
Типология бурильных труб известна любому практикующему специалисту, однако особенности и нюансы каждого вида инструмента порой может пригодиться каждому. Как известно, бурильная труба представляет собой трубную заготовку, снабженную с обеих сторон присоединительными концами с резьбой. Именно тип соединения лежит в основе первого типа классификации.
Основные типы бурильных труб по виду соединения представлены следующим набором:
- Трубы с высаженными наружу концами, которые могут быть снабжены муфтами или стабилизирующими коническими поясками.
- Трубы с высаженными внутрь концами, также подразделяемые на трубы с муфтами или стабилизирующими коническими поясками.
- Дополнительно типы бурильных труб включают изделия с приварными соединительными концами.
Изготовление бурильных труб производится из стали различных марок или легких металлических сплавов, что служит одним из критериев классификации. Стальные бурильные трубы могут изготавливаться из сталей марок Д, К, Е, Л, М, Р, Т. В качестве разновидностей этой группы оборудования выделяются стандартные и утяжеленные бурильные трубы. Последний тип применяется с целью увеличения массы и повышения жесткости конструкции бурильной колонны и также имеет два варианта исполнения.
Типы УБТ включают горячекатанные и сбалансированные изделия. Первые применяются для работы с гидравлическими забойными двигателями, поскольку в данном случае трубы испытывают меньшую нагрузку: в ходе бурения с применением забойных гидравлических двигателей колонна труб не вращается, изгибающий и реактивный моменты невелики и не достигают критически высоких значений. По сравнению со сбалансированными УБТ горячекатанные изделия отличаются меньшим показателем прочности, предполагают более значительные допуски кривизны, разностенности и овальности.
Легкосплавные бурильные трубы производятся из дюралюминия – сплава алюминия (его процент содержания в составе сплава самый высокий и составляет 93%), меди (примерно 5% от общего количества вещества) и марганца, на который приходится весь процентный остаток (иногда в сплаве может также встречаться железо и магний в незначительных количествах).
Помимо указанных типов бурильных труб выделяются перечни инструмента для конкретных целей применения: так, для колонкового и беcкернового бурения могут использоваться универсальные, утяжеленные и легкосплавные стальные бурильные трубы, а для бурения с гидротранспортом керна – двойные бурильные трубы со стальной или легкосплавной наружной трубой.
Стальные отечественные бурильные трубы (БТ), их условные обозначения. Группы подготовки БТ. Соединительные муфты и замки.
Трубы бурильные используются в буровых скважинах и необходимы для выполнения cледующих операций:
-Передача вращения, Спуск и подъем породоразрушающего оборудования ,Подвод под давлением воздуха или промывочной и охлаждающей жидкости к забою, Создают осевую нагрузку на бурильный инструмент (утяжеленные трубы УТБ).
Трубы бурильные выпускаются следующих видов: обычные, ведущие и универсальные и утяжеленные.
Обычные бурильные трубы производятся из стали. Толщина стен таких труб от 4,75 до 11 мм и для их соединения применяются бурильные замки ,которые имеют определенную крупную резьбу конической формы.
Утяжеленные бурильные трубы представляют собой стальную трубу СБТ, с поперечным сечением квадратной или круглой формы с толщиной стенки 16-50 мм и более. Соединяются такие трубы при помощи резьбы.
Ведущие бурильные трубы представляют собой цельнотянутые трубы с многогранным поперечным сечением. Они располагаются наверху колонны и предназначены для передачи ей вращения от вращающей части буровой установки.
Трубы с заранее приваренными замками помещают в бурильную колонну и соединяют верхнюю часть с ведущей трубой или вращателем, а в нижней с породоразрушающим инструментом или утяжеленной бурильной трубой.
Замки для бурильных труб производятся двух видов:
Правые – с правой замковой резьбой и с правой трубной резьбой для соединения с бурильными трубами
Левые – с левой замковой резьбой и с левой трубной резьбой для соединения с бурильными трубами
Типы БТ и их резьбовые соединения.
Изготавливаются следующих диаметров: 89, 102, 114, 127, 140 мм с толщиной стенок от 7 до 11 мм.
Виды: 1) трубы бурильные сборной конструкции: с высаженными внутрь концами (ТБВ) и трубы с высаженными наружу концами (ТБН). Изготавливаются длиной 6,8 (диаметр от 60 до 102 мм) и 11,5 м (диаметр от 114 до 168 мм).ТБВ имеют большую толщину высаженного конца, чем тело трубы и меньшее проходное сечение, что увеличивает сопротивление прокачиваемого раствора. ТБН имеют большую прочность высаженной части, сопротивление раствора меньше. 2) Трубы с высаженными наружу концами и коническими стабилизирующими поясками (ТБНК) и трубы с высаженными внутрь концами и коническими стабилизирующими поясками (ТБВК). Позволяют повысить предел выносливости на 40%. Данные типы труб применяются для первой секции бурильной колонны. 3) Трубы бурильные с приваренными соединительными концами между собой соединяются крупной замковой резьбой. Особенность - замена резьбы сваркой в местах соединения замка с трубой. Бывают: ТБП - трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке, не имеющей высаженных концов; ТБПВ - те же с высаженными концами; 4) Трубы бурильные с высаженными наружу концами и нарезанной на них крупной резьбой (беззамковые трубы) предназначены для использования при бурении с погружными забойными двигателями и в роторном бурении.
Свечи бурильной колонны соединяются бурильными замками для создания герметичности и прочности. К бурильным трубам муфты крепятся при помощи мелкой конической трубной резьбы. УБТ свинчиваются друг с другом непосредственно (без муфт и замков).
Представляет толстостенную бурильную трубу, имеющую в сечении квадратную, шестигранную или крестообразную форму с концентрично расположенным квадратным отверстием для прохода бурового раствора. Конструктивно выполняются: сборные (составлены из 3х деталей), цельные. Сборные трубы включают: 1) труба (штанга), 2) верхний переводник (ПШВ) для соединения ведущей трубы с вертлюгом, 3) нижний переводник (ПШН) для соединения с бурильной колонной. Свободный конец переводника для соединения с вертлюгом снабжен левой замковой резьбой, свободный конец нижнего переводника снабжен правой замковой резьбой. Размеры труб: 65*65,80*80,112*112,140*140,155*155 мм.
Замковое соединение – соединительный элемент для бурильных труб в ко-
лонну. Ниппельная часть крепится к одному концу бурильной трубы, а раструбная
(муфтовая) часть – к другому концу. Замковые соединения в данном случае прива-
рены к бурильной трубе.
Муфта бурильного замка – резьбовое соединение бурильного замка с внут-
Трубы между собой соединяются посредством крупной замковой резьбы. Трубы этой конструкции могут быть трех типов: ТБП - трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке, не имеющей высаженных концов; ТБПВ - трубы бурильные с приваренными соединительными концами к трубной заготовке с высаженными наружу концами. Трубы типа ТБПВЭ созданы для бурения скважин электробуром.
Замки для бурильных труб предназначаются для соединения в колонну бурильных труб. Они состоят из двух деталей: замкового ниппеля с наружной резьбой и замковой муфты с внутренней крупной резьбой. Посредством таких резьб указанные детали соединяются между собой. Для соединения с бурильными трубами на замковых деталях нарезана мелкая трубная резьба.
Виды соединений буровых труб
Бурильные трубы (БТ), соединяемые в колонну, длина которой должна соответствовать глубине сооружаемой скважины, являются очень важной частью набора бурового снаряда, с помощью которого осуществляется вращательное или ударно-вращательное бурение. Колонны бурильных труб участвуют в выполнении всех основных процессов. Прежде всего, БТ служат для спуска на забой и подъема на поверхность породоразрушающего инструмента, а также для передачи ему необходимых для разрушения породы усилий — крутящего момента при определенной частоте вращения и осевой нагрузке.
Колонна БТ — канал для подачи на забой очистного агента (при прямой схеме) или выхода его на поверхность (при обратной схеме удаления продуктов разрушения). В последнем случае по этому каналу могут транспортироваться и кусочки керна. Одновременно колонна БТ может служить каналом для передачи энергии забойным машинам гидравлического или пневматического действия. Кроме того, она может воспринимать реактивный момент при использовании забойных машин вращательного действия. Наконец, бурильные трубы часто используются при выполнении некоторых специальных работ и проведении исследований в скважинах: при ориентировании отклонителей в случае направленного бурения скважин; при тампонажных работах или устройстве искусственных забоев, мостов и пробок; при ликвидации аварий; при измерении искривления скважин и в других случаях.
В связи с таким разнообразием выполняемых функций и условий работы в скважине бурильные трубы подвергаются сложным деформациям, а также абразивному износу, которые вызывают существенные, часто знакопеременные напряжения: кручения, сжатия, растяжения, изгиба и т. д. Этим и определяются основные требования, предъявляемые к БТ для бурения геологоразведочных скважин — высокая прочность и износостойкость; небольшой диаметр; возможность быстрого соединения труб в колонну и разъединения на элементы при выполнении спуско-подъемных операций; небольшая величина гидравлических сопротивлений внутреннего канала бурильной колонны; герметичность соединений; равнопрочность колонны БТ; возможность механизации СПО; надежность и долговечность работы элементов бурильной колонны.
Применение труб в качестве бурильного вала практически началось с появлением алмазного породоразрушающего инструмента в 1862 г. Диаметр и глубина скважин при этом были незначительными, а бурение осуществлялось при сравнительно малой частоте вращения. Бурильные трубы, называвшиеся ранее штангами (по аналогии с буровым инструментом для ударно-штангового бурения), собирались в колонну с помощью ниппельных резьбовых соединений (БТН), конструкция которых мало изменилась до настоящего времени. Повышалось только их качество.
С внедрением в практику вращательного бурения геологоразведочных скважин инструментов твердосплавного, дробового и шарошечного типов, с увеличением диаметра и глубины скважин, а также частоты вращения бурового снаряда, бурильные трубы ниппельного соединения небольшого диаметра оказались мало пригодными из-за недостаточной прочности резьбовых соединений, быстрого износа, больших гидравлических сопротивлений при циркуляции промывочной жидкости, а также длительности их свинчивания и развинчивания. В связи с этим стали разрабатываться и внедряться в практику бурения геологоразведочных скважин БТ с муфтово-замковыми соединениями (БТМ). Замковые соединения позволили упростить и ускорить процесс свинчивания и развинчивания БТ при спуско-подъемных операциях, а также повысить надежность разъемных резьбовых соединений. Кроме того, у колонны БТМ внутренний канал имел более равномерное сечение (без резких сужений), что заметно уменьшило гидравлические потери при циркуляции промывочной жидкости. Наконец, колонна БТМ позволяла передавать на породоразрушающий инструмент больший крутящий момент.
В практике бурения геологоразведочных скважин в настоящее время находят применение бурильные трубы, изготовляемые из сталей различных марок и из легкого сплава, параметры которых определены нормалями и государственными стандартами.
Соединение бурильных труб осуществляется с помощью резьб различными способами: с помощью ниппелей (H), муфт и замков (МЗ), ниппелей и замков (НЗ) или просто — труба в трубу. В последнем случае концы бурильных труб снабжаются специальной резьбой, соответствующей резьбе присоединяемого элемента.
Стальные бурильные трубы (СБТ) и их соединения изготовляют из легированных сталей различных марок (36Г2С, 40ХН, 45 и др.) с высокими механическими свойствами (см. табл. 5.1).
Стальные бурильные трубы ниппельного соединения (СБТН) в соответствии с ГОСТ 8467—83 имеют наружный диаметр 33,5, 42 и 50 мм, а техническими условиями ТУ14—3—679—78 предусмотрен нормальный ряд труб диаметром 24, 32, 38, 42, 54 и 68 мм. Соединяются трубы ниппелями или ниппельными замками с резьбой трапецеидальной формы, за исключением рабочей резьбы ниппельных замков для труб диаметром 68 мм (рис. 5.8).
Параметры БТ и ниппельных соединений приведены ниже.
Для повышения прочности труб в резьбовых соединениях концы их высаживаются внутрь. Собранная колонна из труб с ниппельными соединениями имеет одинаковый наружный диаметр по всей длине и в практике именуется гладкостенной. Внутренний диаметр канала такой колонны в местах соединений имеет уменьшенный размер. Это является одним из недостатков колонны БТ ниппельного соединения вследствие повышения гидравлических сопротивлений, возникающих при движении потока промывочной жидкости в местах соединений (в суженных участках).
К качеству бурильных труб предъявляются повышенные требования:
Ниппельные соединения могут быть трех типов: А, Б и В (см. рис. 5.8). Ниппели типа А и Б являются элементами замка, предназначенного для соединения свечей при сборке бурильной колонны, а типа В — для соединения труб в свече. Для соединения свечей из труб диаметром 54 и 56 мм в колонну служат ниппельные замки.
Бурильные трубы ниппельного соединения рекомендуется применять при бурении скважин алмазным породоразрушающим инструментом и при необходимости иметь небольшой зазор между стенкой скважины и бурильной колонной. Это позволяет осуществлять бурение с достаточно большой частотой вращения снаряда.
Стальные бурильные трубы с муфтово-замковым соединением (СБТМ). Государственным стандартом предусматривается выпуск СБТМ с высаженными внутрь концами трех диаметров: 42, 50 и 63,5 мм (рис. 5.8, в). В этом случае соединение бурильных труб между собой осуществляется с помощью муфт, для чего на концах бурильных труб нарезают наружную коническую резьбу треугольного профиля с небольшим шагом, а муфту снабжают соответственно внутренней резьбой. Резьба может быть правой или левой. Отраслевой нормалью, разработанной ВИТРом, было предусмотрено изготовление СБТМ с наружным диаметром 50, 60,3 и 73 мм. Бурильные трубы муфтово-замкового соединения изготовляют из стали марок 36Г2С группы Д и 40Х, 30ХГС, а муфты — из стали марок 3672С группы Д.
Для соединения СБТМ в колонну служат специальные замки, состоящие из двух частей: ниппеля и муфты. Элементы замков между собой соединяются конической замковой резьбой (3), а с трубами — трубной резьбой (T). Наружную поверхность замков при их изготовлении подвергают термообработке на глубину 1,5—2,5 мм до твердости HRC=50. Замковая (рабочая) резьба конической формы имеет увеличенный, по сравнению с трубной, шаг и также подвергается термообработке.
На каждом элементе замка делают вырезы-площадки для захвата ключами или специальными вилками. На ниппеле делают одну пару площадок, а на муфте — по две пары. Вместо таких площадок муфты могут иметь кольцевую проточку шириной 55 и глубиной 7,5 мм (при диаметре муфты 65 мм). Изготовляют замки из стали марки 40ХН. Они должны выдерживать не менее 800 циклов свинчивания-развинчивания.
Бурильные трубы с муфтово-замковыми соединениями рекомендуется применять при бурении скважин большого диаметра и значительной глубины в сложных геологических условиях при необходимости передачи крутящего момента значительной величины и при большом расходе промывочной жидкости.
Основным недостатком таких БТ является существенная разница между наружными диаметрами соединений и самих труб, что приводит к образованию значительного зазора между трубами и стенками скважины и, следовательно, к их изгибу при действии нагрузок, превышающих критическую величину. Это в свою очередь приводит к интенсивному усталостному и абразивному износу труб под действием знакопеременных нагрузок и силы трения о стенки скважины, что накладывает определенные ограничения на частоту вращения снаряда при бурении скважин. Для устранения такого недостатка стали использовать комбинированные колонны бурильных труб, например бурильные колонны с ниппельно-замковыми соединениями 50/НЗСУ-57, 43/НЗСУ-44 и 50/3-42.
Бурильная колонна 50/НЗСУ-57 состоит из труб диаметром 50 мм с внутренней трапецеидальной цилиндрической резьбой, соединяемых в свечи ниппельными замками диаметром 52 мм с резьбой 3-42. Используется такая колонна для бурения скважин диаметром 59 мм. При бурении скважин диаметром 46 мм колонна состоит из труб диаметром 42 мм, ниппелей диаметром 44 мм и замков с конусной резьбой. Такие колонны БТ работают при повышенной частоте вращения (до 900 об/мин) в скважинах глубиной до 1600 м.
Бурильная колонна 50/3-42 состоит из БТ диаметром 50 мм с двойной высадкой концов, что позволяет нарезать коническую резьбу под муфто-замковые соединения МЗ-42. Бурение такой колонной ведется до глубины 600 м с частотой вращения 600—800 об/мин.
Для повышения прочности и герметичности соединений в ПГО «Приленскгеология» разработан специальный тип конусно-винтового замкового соединения KBC (рис. 5.9). Соединения имеют цилиндрическую резьбу с конусной проточкой, блокирующей резьбу в опасном сечении и обеспечивающей постоянный нормальный натяг элементов замка или муфты на бурильной трубе. При этом длина нарезанной части замка и БТ различна, за счет чего исключается торцовый упор соединяемых деталей и плотный контакт их конических поверхностей при натяге. Работоспособность колонны БТС с такими соединениями возросла почти в два раза.
Стальные бурильные трубы для снарядов со съемными керноприемниками. В связи с разработкой и внедрением нового способа извлечения керна с помощью съемных керноприемников появились специальные БТ, отвечающие дополнительным требованиям: достаточно большое сечение и равноразмерность внутреннего канала труб, обеспечивающая свободное продвижение съемного керноприемника к забою и обратно на поверхность. Удовлетворение этих требований возможно только за счет уменьшения толщины стенки труб. В бывш. СССР были разработаны два комплекса снарядов со съемным керноприемником: ССК-ВИТР и КССК-СКБ.
В комплексе ССК-ВИТР используется гладкостенная внутри и снаружи колонна бурильных труб ТБ-ССК, соединяемых между собой резьбой трапецеидальной формы — труба в трубу (рис. 5.10,а). Ниже приводится характеристика таких труб.
Изготавливают такие трубы из стали марки 37ХНМ с механическими свойствами, соответствующими группе прочности К. Резьба соединений слабоконическая трапецеидального профиля с большим шагом и небольшой высотой витка. Необходимая прочность такого резьбового соединения при малой толщине стенки создается за счет достижения одновременного контакта по наружным и внутренним упорным выступам и боковой поверхности всех ниток резьбы. Это обеспечивается высокой точностью изготовления резьбы.
Недостатками бурильных труб типа ТБ-ССК является невозможность при существующих технических средствах механизировать процесс их свинчивания и развинчивания при выполнении СПО. Кроме того, такие трубы не следует использовать для бурения глубоких скважин при значительной разработке стенок ствола и образовании каверн из-за недостаточной прочности резьбовых соединений труба в трубу.
Бурильные трубы, применяемые в комплексе КССК, имеют более прочные муфто-замковые соединения с прорезями и кольцевыми проточками для захвата их элеватором и специальными вилками, что позволяет механизировать процесс свинчивания и развинчивания колонны при СПО (рис. 5.10,б). Изготавливают трубы из стали 36Г2С с высаженными внутрь концами. На концах трубы нарезают наружную трапецеидальную резьбу с конусностью 1:16. Высота профиля резьбы 1, 2 мм, шаг 6 мм, угол при вершине 10°. Замки и муфты изготовляют из стали марки 40ХН улучшенного качества и марки 36Г2С. Наружная поверхность муфт и замков подвергается закалке с нагревом ТВЧ.
Легкосплавные бурильные трубы (ЛЕТ). Необходимость создания таких труб определялась увеличением глубины скважин и частоты вращения бурового снаряда. Снижение массы колонны бурильных труб с сохранением их прочности стало весьма актуальной задачей. Применение ЛБТ позволило уменьшить массу бурильной колонны и существенно уменьшить расходуемую на ее вращение и подъем мощность, а также существенно увеличить частоту вращения при значительной глубине скважин (до 700— 800 об/мин на глубине более 1200 м).
С учетом специфики бурения геологоразведочных скважин СКБ НПО «Геотехника» разработаны и выпускаются серийно легкосплавные бурильные трубы с ниппельным (ЛБТН) и муфтовозамковым (ЛБТМ) соединением.
Изготавливают ЛБТ из алюминиевого сплава Д16Т, имеющего предел прочности на растяжение 450 МПа, предел текучести 330 МПа и относительное удлинение 11%.
Легкосплавные бурильные трубы ниппельного соединения на концах имеют внутреннюю стандартную резьбу без высадки. Соединение труб в колонну осуществляется ниппелями типа А и Б, изготовленных из стали марки 40ХН. Для повышения прочности и герметичности в резьбовых соединениях делают уплотняющие шейки (проточки) или стабилизирующие хвостовики, устраняющие концентрацию напряжений, чем они отличаются от соединений СБТН (рис. 5.11).
Специальные бурильные трубы применяют при бурении с гидравлическим транспортированием керна комплексом КГК-100. Из таких труб собирают две концентрично располагающихся колонны (рис. 5.12). Трубы наружной колонны, имеющие диаметр 79 мм, соединяют с помощью замковых элементов — муфт и ниппелей. Толщина стенки труб 6,5 мм. Концы труб имеют цилиндрическую резьбу диаметром 68 мм. Элементы замка соединяются друг с другом с помощью специальной слабоконической резьбы трапецеидального профиля по типу замковой резьбы труб КССК. Муфта замка имеет две пары вырезов под вилку и элеватор, а ниппель — одну. Изготовляют наружные трубы из стали группы прочности Д.
Трубы внутренней колонны, изготовляемые из алюминиевого сплава Д16Т, имеют наружный диаметр 48 мм и толщину стенки 3 мм. К концам каждой трубы присоединяют стальные штуцеры с помощью специального клея «Герметик УТ-1». Это уплотнительный материал, вулканизирующийся при комнатной температуре при добавлении вулканизирующего вещества (перекиси марганца) и ускорителя (дифелингуанимида). При сборке колонны внутренние трубы просто стыкуются. Герметичность стыков достигается тем, что один из стыкующихся концов штуцеров каждой трубы имеет внутреннюю коническую расточку, а второй имеет вид сферической поверхности (заовален). Эта поверхность сопрягается с поверхностью конуса, и при достаточном усилии прижатия достигается нужная герметичность стыка. Прижатие создается действием пружины, встроенной в промывочный сальник. В связи с тем, что при массовом изготовлении таких труб практически невозможно обеспечить достаточной точности совпадения длин наружной и внутренней труб, внутренние трубы имеют возможность осевого перемещения в пределах 35—40 мм, которое компенсируется при окончательной сборке колонны подпружиненной трубкой промывочного сальника. Центрирование внутренних труб достигается специальными ребрами-центраторами, которые сопрягаются с внутренней поверхностью муфты и ниппеля наружной колонны бурильных труб.
Наружная колонна служит для создания на забое осевой нагрузки и передачи крутящего момента на коронку, а внутренняя — для выхода на поверхность промывочной жидкости и керна. На забой жидкость поступает по зазору между трубами.
Виды соединений буровых труб
ГОСТ Р 51906-2002
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СОЕДИНЕНИЯ РЕЗЬБОВЫЕ ОБСАДНЫХ, НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ
ТРУБ И ТРУБОПРОВОДОВ И РЕЗЬБОВЫЕ КАЛИБРЫ ДЛЯ НИХ
Общие технические требования
Thread connections for casing, tubing and pipe-lines and thread gauges for them.
General technical requirements
Дата введения 2003-01-01
1 РАЗРАБОТАН ОАО "Научно-исследовательский и конструкторский институт средств измерения в машиностроении" (НИИизмерения) и ОАО "НПО "Буровая техника" (ВНИИБТ)
ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 261 "Материалы и оборудование для нефтяной и газовой промышленности"
2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта от 26 июня 2002 г. N 253-ст
3 Стандарт гармонизирован со стандартом ИСО 10422-93 "Нефтяная и газовая промышленность. Резьба, калибровка и контроль резьб обсадных, насосно-компрессорных и трубопроводных труб. Технические требования" и спецификацией Американского Нефтяного Института API Standard 5В (четырнадцатое издание, 1996 г.) "Требования к резьбе, калибровке и контролю резьб обсадных, насосно-компрессорных и трубопроводных труб" (далее - API 5B). В отличие от ИСО 10422 и API 5В в настоящий стандарт не включена трапецеидальная резьба обсадных труб типа "экстрим-лайн" с уплотнением "металл по металлу" и включены резьбы для обсадных труб с размерами 146,1 и 323,9 мм
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на резьбовые соединения обсадных, насосно-компрессорных труб и труб трубопроводов, применяемых в нефтяной и газовой промышленности, и устанавливает номинальный профиль, размеры и допуски резьбы, требования к контролю размеров и параметров резьбы, а также резьбовые калибры для контроля резьбы.
Требования разделов 4, 5, 6 и 7 являются обязательными.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 632-80 Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия.
ГОСТ 633-80 Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия.
3 Определения
Определения терминов, применяемых в настоящем стандарте, - по ГОСТ 11708 и приложению А.
4 Резьбовые соединения
4.1 Резьба трубопроводов
4.1.1 Номинальный профиль резьбы трубопроводов (треугольной плоскосрезанной) и размеры его элементов должны соответствовать указанным на рисунке 1 и в таблице 1.
Читайте также: