При бурении нефтяных и газовых скважин применяют ВБТ сборной конструкции, состоящие из квадратной толстостенной штанги 2 с просверленным каналом, верхнего штангового переводника (ПШВ) 1 с левосторонней резьбой и нижнего штангового переводника (ПШН) 3 с правосторонней резьбой.
Для защиты от износа замковой резьбы ПШН, подвергающейся многократным свинчиваниям и развинчиваниям при наращивании БК и спуско-подъемных работах, на ПШН дополнительно навинчивают предохранительный переводник.
По ТУ 14-3-126 предусматривается выпуск ВБТ с размерами сторон квадратной штанги 112х112, 140х140, 155х155. Размер присоединительной резьбы, соответственно, З-117 (З-121; З-133); З-140 (З-147); З-152 (З-171).
Квадратные штанги для ВБТ изготавливают длиной до 16,5 м из стали групп прочности Д и К (предел текучести 373 и 490 МПа), а переводники ПШН и ПШВ – из стали марки 40ХН (с пределом текучести 735 МПа).
Бурильные трубы составляют основную часть колонны. Они приспособлены к длительному свинчиванию - развинчиванию. Промышленность выпускает бурильные трубы длиной 6 ± 0.6; 8 ± 0.6; 11.5 ± 0.9 м, наружным диаметром 60, 73, 89, 102 мм. Трубы диаметром 114, 127, 140 и 168 мм выпускают длиной 11.5 ± 0.9 м.
В настоящее время в нефтегазовой промышленности широко используются стальные бурильные трубы с приваренными замками
Бурильная труба состоит из трубной заготовки и присоединительных концов (замковой муфты и замкового ниппеля). Последние соединяются с трубной заготовкой либо посредством трубной резьбы (профиль по ГОСТ 631) и представляют собой бурильную трубу сборной конструкции, либо посредством сварки. Для свинчивания в свечи на присоединительных концах нарезается замковая резьба по ГОСТ 5286 (на ниппеле наружная, на муфте внутренняя). Для увеличения прочности соединений концы трубных заготовок "высаживают", т.е. увеличивают толщину стенки[10].
Стальные бурильные трубы с приваренными замками предназначены преимущественно для роторного способа бурения, но также используются и при бурении с забойными гидравлическими двигателями.
ТБП выпускают в соответствие с ГОСТ Р 50278 трех разновидностей:
- ПВ – с внутренней высадкой;
- ПК – с комбинированной высадкой;
- ПН - с наружной высадкой.
Изготовляют трубные заготовки из стали групп прочности Д, Е, Л, М, Р с пределом текучести, соответственно: 373, 530, 637, 735, 882 МПа длиной 12 м. Присоединительные концы – бурильные замки изготовляют по ГОСТ 27834-95 из стали 40 ХН (предел текучести 735 МПа) для труб из стали групп прочности Д, Е. Для труб из стали групп прочности Л, М, Р замки изготовляются из стали 40ХМФА (предел текучести 980 МПа).
При роторном бурении колонна бурильных труб служит для передачи вращения долоту и подачи бурового раствора к забою скважины.
Для увеличения веса и жесткости БК в ее нижней части устанавливают УБТ, позволяющие при относительно небольшой длине создавать частью их веса необходимую нагрузку на долото[3].
В настоящее время наиболее широко используются следующие типы УБТ:
· горячекатанные (УБТ), изготавливаемые по ТУ 14-3-385;
· сбалансированные (УБТС), изготавливаемые по ТУ 51-744.
УБТ этих типов имеют аналогичную беззамковую (отсутствуют отдельные присоединительные концы) толстостенную конструкцию и поставляются в комплекте. Комплект УБТ имеет одну наддолотную трубу с двумя муфтовыми концами, а остальные – промежуточные (верхний конец муфтовая резьба, нижний – ниппельная). Горячекатанные УБТ выполняются гладкими по всей длине. На верхнем конце УБТС выполняется конусная проточка для лучшего захвата клиньями при спуско-подьемных работах.
Горячекатанные УБТ используются преимущественно при бурении с забойными гидравлическими двигателями.
Сбалансированные УБТ используют преимущественно при роторном способе бурения. УБТС изготовляют из сталей марки 38ХН3МФА (предел текучести 735 МПа) и 40ХН2МА (предел текучести 637 МПа). Канал у таких труб просверлен, что обеспечивает его прямолинейность, а наружная поверхность подвергнута механической обработке, что обеспечивает равную толщину стенки и круглое сечение. Обкатка резьбы роликами и ее фосфатирование, термическая обработка концевой (0,8-1,2 м) поверхности труб значительно повышают их прочностные показатели[4].
Диаметр бурильных труб должен составлять 60-65%, а диаметр УБТ -75-85% от диаметра долота. Поэтому при бурении проектируемой скважины будут использоваться бурильные трубы диаметром 127мм (вес1м-31,9 кг), а УБТ -диаметром 178 мм. (вес1м-156 кг)
Определим вес снаряда по формуле:
Qкр = k*α*q*L*(1-γж/γст), ( 2.3.1.)
где k - коэффициент, учитывающий силы трения колонны бурильных труб о стенки скважины, а также возможные прихваты ее породой (при подъеме снаряда k = 1,25-1,5; при подъеме обсадных труб k = 1,5-2,0);
α - коэффициент, учитывающий увеличение веса труб за счет соединяющих их элементов ( для муфтово-замковогоα =1,1);
q - вес 1 м труб, кг;
L - длина колонны труб, м;
γж - удельный вес промывочной жидкости, г/см3;
γст - удельный вес материала бурильных труб (для стали 7,85 г/см3).
Вес инструмента под колонну диаметром 324 мм:
Qкр = 1,25*1,1*31,9*1020*(1-1,18/7,85) = 38028 кг = 38 т.
Вес инструмента под колонну диаметром 245 мм:
Qкр =1,25*1,1*31,9*2450*(1-1,7/7,85)=83821 кг = 83.8 т.
Вес инструмента под колонну диаметром 146 мм:
Qкр = 1,25*1,1*31,9*3025*(1-2,13/7,85)= 96859кг = 96.8т.
Вес инструмента можно также рассчитать по следующей формуле:
Qкр = ( Pпри + Р перев + Рубт + Рбур.тр + Рвед.тр + Рвертл ) *(1-γж/γст), (2.3.2.)
Для этого необходимо знать длину утяжеленных бурильных труб. Вычислим ее по формуле:
Lубт = k*Р / (q *(1-γж/γст)),
где Р - осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент, Н;
q - вес 1 м УБТ, кг;
k - коэффициент завышения веса УБТ (k = 1,25-1,5).
При бурении под колонну диаметром 324 мм:
Lубт = 1,25*104054/(1560*(1-1,18/7,85)) = 98 м.
Применяем 4 свечей УБТ диаметром 178 мм по 25 м.
При бурении под колонну диаметром 245 мм:
Lубт = 1,25*83271/(1560*(1-1,7/7,85)) = 85.5 м.
Применяем 4 свечей УБТ диаметром 178 мм по 25 м.
При бурении под колонну диаметром 140 мм:
Lубт = 1,25*81207/(1560*(1-2,13/7,85)) = 89 м.
Применяем 4 свечей УБТ диаметром 178 мм по 25 м.
Для создания необходимой нагрузки на долото можно использовать УБТ разного диаметра.
Вычислим вес бурового снаряда при бурении под колонну диаметром 324 мм:
Qкр = ( Pпри + Рперев+Lубт*qубт +Lбур.тр* qбур.тр + Lвед.тр *qвед.тр + Рвертл )*(1-γж/γст), (2.3.3.)
Qкр = (37,8+15+98*156+922*31,9+16*124,3+6700)*(1-1,18/7,85) = 45426 кг = 45.4т.
Вычислим вес бурового снаряда при бурении под колонну диаметром 245 мм:
Qкр = ( Pпри + Рперев+Lубт*qубт +Lбур.тр* qбур.тр + Lвед.тр *qвед.тр + Рвертл )*(1-γж/γст), (2.3.4.)
Qкр = (37,8+15+85.5*156+2364.5*31,9+16*124,3+6700)*(1-1,7/7,85) = 76056 кг =76т.
Вычислим вес бурового снаряда при бурении под колонну диаметром 140 мм:
Qкр = ( Pпри + Рперев+Lубт*qубт +Lбур.тр* qбур.тр + Lвед.тр *qвед.тр + Рвертл )*(1-γж/γст), (2.3.5.)
Qкр = (37,8+15+89*156+2936*31,9+16*124,3+6700)*(1-2,13/7,85) = 84887кг = 84.9т.
Переводники предназначены для соединения элементов БК с резьбами различных типов и размеров. Переводники согласно ГОСТ 7360 разделяются на три типа:
1) Переводники переходные, предназначенные для перехода от резьбы одного размера к резьбе другого. ПП имеющие замковую резьбу одного размера называются предохранительными.
2) Переводники муфтовые для соединения элементов БК, расположенных друг к другу ниппелями.
3) Переводники ниппельные для соединения элементов БК, расположенных друг к другу муфтами.
Переводники каждого типа изготовляют с замковой резьбой как правого, так и левого направления нарезки. Резьба должна соответствовать ГОСТ 5286-75 для бурильных замков.
ГОСТ 7360 предусматривает изготовление 90 типоразмеров переводников, которые охватывают практически все необходимые случаи их применения.
Пример условного обозначения переводника типа ПП с резьбами муфтовой З-147, ниппельной З-171: П - 147/171 ГОСТ 7360
То же, но с левой резьбой: П - 147/171 –Л ГОСТ 7360
Переводники изготовляются из стали марки 40ХН (предел текучести 735 МПа).
Калибраторы служат для выравнивания стенок скважины и устанавливаются непосредственно над долотом. Используются как лопастные калибраторы с прямыми (К), спиральными (КС) и наклонными лопастями (СТ), так и шарошечные. Диаметры калибратора и долота должны быть равны. Материал вооружения – твердый сплав (К, КС), алмазы (СТ), "Славутич" (КС). При бурении проектной скважины предусматривается использование калибратора лопастного спиралевидного (КЛС).
Центраторы предназначены для обеспечения совмещения оси БК с осью скважины в местах их установки.
Стабилизаторы, имеющие длину в несколько раз большую по сравнению с длиной центраторов, созданы для стабилизации зенитного угла скважины.
2.3.1.2 Расчет обсадных колонн
Обсадные трубы служат для крепления ствола скважины. По ГОСТ 632-80 отечественные обсадные трубы выпускаются следующих диаметров и толщины:
Таблица 2.5 Диаметры и толщина обсадных труб
| Æ, мм | 114.3 | 127.0 | 139.7 | 146.1 | 168.3 | 177.8 |
| s, мм | 5.2 - 10.2 | 5.6 - 10.2 | 6.2 - 10.5 | 6.5 - 9.5 | 7.3 - 12.2 | 5.9 - 15.0 |
| 193.7 | 219.1 | 244.5 | 273.1 | 298.5 | 323.9 | 339.7 |
| 5.2 - 10.2 | 7.6 - 15.1 | 7.9 - 15.9 | 7.1 - 16.5 | 8.5 - 14.8 | 8.5 - 14.0 | 8.4 - 15.4 |
| 351.0 | 377.0 | 406.4 | 426.0 | 473.3 | 508.0 | |
| 9.0 - 12.0 | 9.0 - 12.0 | 9.5 - 16.7 | 10.0 - 12.0 | 11.1 | 11.1 - 16.1 |
Группа прочности стали "Д", "К", "Е", "Л", "М", "Т". Трубы маркируются клеймением и краской. При спуске в скважину обсадные трубы шаблонируют.