Бурильные трубы: их виды, характеристики и применение в скважинах различного назначения. Трубы буровые для нефти


Трубы для бурения нефтяных скважин

Внешние буровые штанги из прямоугольной стали

Внешние буровые штанги из прямоугольной стали применяются в специальном бурении скважин и обслуживании нефтяных месторождений. Высадка трубы обеспечивает расширение наружного диаметра конца, наружного диаметра соединения и наружного диаметра трубы.

Особенности а. Внешняя прямоугольная конструкция приносит пользу, когда речь идет об обработке скважин в некоторых особых условия, например при обрушении стен. б. Специальный метод соединения резьбой компенсирует снижение противодействующего вращающего момента, вызванного уменьшением внешнего диаметра. в. Данные штанги применимы в бурении узких скважин, нефтяных скважин, бурения скважин малого радиуса, в установках вертикального бурения и в бурении угольнопластовых метановых скважин. г. Доступные спецификации: 2-3/8, 2-7/8, 3-1/2, 4, 4-1/2 и 5.

Внутренние буровые штанги из прямоугольной стали

Данные штанги являются запатентованным продуктом CASTON. Наши внутренние буровые штанги из прямоугольной стали подвергаются высадке для увеличения внутреннего диаметра утолщенной области. Внутренний диаметр утолщенного конца, соединения и корпуса трубы одинаковы.

Преимущества а. Снижение потерь давления на 20-50%. б. Гидравлический КПД и скорость бурения значительно повышены. в. Внутренняя прямоугольная конструкция позволяет уменьшить эрозию, улучшить сопротивление усталости буровой штанги и продлить срок службы бурильной трубы. г. Концентрация внутренних напряжений утолщенной области в значительной степени уменьшена. д. Внутренние буровые штанги из прямоугольной стали применяются при непрерывном колонковом и ударно-канатном бурении.

Тяжелые бурильные трубы

В процессе бурения, тяжелые бурильные трубы (HWDP) используются в качестве переходных между жесткими утяжеленными бурильными трубами и гибкими бурильными трубами.

Преимущества а. Снижение концентрации напряжений между бурильной трубой и утяжеленной бурильной трубой б. Предотвращение заедания из-за перепада давления в трубах в. Избежание чрезмерного продольного изгиба в промежуточном утолщенной части

Спецификации: 2-7/8 –6-5/8; Конструкция: сварная/интегрированная; Тип: обычная тяжелая бурильная труба, спиральная тяжелая бурильная труба; Типы резьбы: API NC31, NC38, NC40, NC46, NC50, 5-1/2FH и 6-5/8FH Стандарты осадки труб: APISPEC7-1 и APISPEC7-2

Стандарты контроля качества а. Корпуса бурильных труб и соединения имеют высокую ударную вязкость и высокое сопротивление усталости б. Разгрузочный паз и расширительная конструкция уменьшают концентрацию напряжений и повышают сопротивление усталости в. Проверка корпуса штанги: 100% ультразвуковая дефектоскопия по всей длине 100% магнитопорошковый контроль; проверка соединений и сварки: 100% ультразвуковая дефектоскопия 100% магнитопорошковый контроль

Улучшенные эксплуатационные характеристики 1. На стыках тяжелых бурильных труб имеется пряжка, работоспособность которой проверяется на тестах 2. Метод холодной накатки повышает жесткость резьбы 3.Дополнительно на соединения приварена износостойкая область, позволяющая уменьшить износ некоторых особо важных частей 4. Для предотвращения коррозии и старения, внутренняя стенка пробуренной скважины покрывается антикоррозионным противокислотным слоем

Алюминиевые бурильные трубы

По мере развития техники бурения глубоких скважин, сверхглубокого бурения скважин, а также методов воздушного бурения, требования к безопасности к утяжеленным буровым трубам становятся все выше и выше. Имея легкий вес и невысокое сопротивление, алюминиевые бурильные трубы используются все чаще и чаще. Кроме того, стоит отметить, что алюминиевые бурильные трубы Caston были успешно применены для бурения ультра-глубокой скважины SG-3 на Кольском полуострове.

Применение а. Бурение горизонтальных скважин б. Глубокое бурение: чтобы уменьшить нагрузку на буровую установку, а также увеличить максимальную глубину бурения в. Бурение нефтяных скважин с сероводородом и другими агрессивными средами

Преимущества (по сравнению со стальными бурильными трубами) а. В общем, экономия при применении алюминиевых бурильных труб превосходит изначально более высокую стоимостью покупки. б. Сырой вес алюминиевого сплава меньше на 50%, вес буровой трубы ниже на 30%, при этом мощность бурильной трубы в значительной степени выше. в. Данные трубы превосходно показывают себя в горизонтально-направленном бурении, особенно при направленном бурении и наклонно-направленном бурении. г. Для достижения той же мощности требуется на 20-30% меньший крутящий момент. Уменьшена потеря воды. д. Алюминиевый сплав эффективно предотвращает сероводородную и углекислотную коррозию. е. Алюминиевая бурильная труба не намагничивается. Легко управляется и не повреждает кожухов.

Утяжеленные бурильные трубы

Утяжеленная бурильная труба представляет собой вид толстостенной трубы, используемой в бурении. Позволяет удовлетворить потребности в бурении глубоких отверстий и адаптироваться к сложной геологической среде, Компания Caston разработала ряд запатентованных продуктов. Специальная резьба и высококачественная сталь делает такие трубы применимыми в различных суровых условиях, таких как высокое торсионное сопротивление, наличие серы, а также экстремальные холода. Размер: 3-1/8' – 11' Тип: УТБ круглого сечения, спиральные УБТ, немагнитные УБТ Стандарты: API SPEC7-1, API SPEC7-2, API RP 7G

Спецификации труб для бурения нефтяных скважин
Внешний диаметр Номинальный вес Расчетный вес Сорт стали Толщина стенок Тип высадки Модель соединения
дюймов мм фунто-фут кг/м дюймов мм
2 3/8 60.3 3.65 6.26 9.32 E .X. G. S 0.280 7.11 EU NC26
2 7/8 73.0 10.40 9.72 14.48 E .X. G. S 0.362 9.19 EU NC31
3 1/2 88.9 13.30 12.31 18.34 E .X. G. S 0.368 9.35 EU NC38
3 1/2 88.9 15.50 14.63 21.79 E .X. G. S 0.449 11.40 EU NC38/NC40
4 101.6 14.00 12.93 19.26 E .X. G. S 0.330 8.38 IU/EU NC40
4 1/2 114.3 16.60 14.98 22.31 E .X. G. S 0.337 8.56 EU/IEU NC40/NC50
4 1/2 114.3 20.00 18.69 27.84 E .X. G. S 0.430 10.92 EU NC50
5 127.0 19.50 17.93 26.71 E .X. G. S 0.362 9.19 IEU NC50
5 127.0 25.60 24.03 35.79 E .X. G. S 0.500 12.70 IEU NC50
5 1/2 139.7 21.90 19.81 29.51 E .X. G. S 0.361 9.17 IEU 5 1/2FH
5 1/2 139.7 24.70 22.54 33.57 E .X. G. S 0.415 10.54 IEU 5 1/2FH
6 5/8 168.3 25.20 22.21 33.09 E .X. G. S 0.330 8.38 IEU 6 5/8FH
6 5/8 168.3 24.24 24.24 37.10 E .X. G. S 0.362 9.19 IEU 6 5/8FH
Механические характеристики труб для бурения нефтяных скважин
Элементы бурильной трубы Сорт стали Предельное напряжение сдвига Предел прочности на разрыв Удлинение Твердость Испытание на удар по Шарпи (Дж)
мин. макс. мин.
Psi МПа Psi МПа Psi МПа (%) HB HRC Среднее значение Одиночный удар
Корпус трубы E75 75000 517 105000 724 100000 689 625000A/U - - 80 65
X95 95000 655 125000 862 105000 724 625000A/U - - 80 65
G105 105000 724 135000 931 115000 793 625000A/U - - 80 65
S135 135000 931 165000 1138 145000 1000 625000A/U - - 80 65
Сварные швы tool joint 120000 827.4 - - 140000 965.3 ≥ 13% ≥ 285 - 80 65
E75 75000 517 - - 100000 689 ≥ 13% - ≤ 37 40 27
X95 88000 609 - - 103000 712 ≥ 13% - ≤ 37 40 27
G105 95000 655 - - 105000 724 ≥ 13% - ≤ 37 40 27
S135 105000 724 - - 115000 793 ≥ 13% - ≤ 37 40 27

www.etwinternational.ru

диаметры, размеры, вес по ГОСТ, марка стали

Буровая труба — длинный пустотелый предмет, круглого или квадратного профиля различного диаметра, предназначенные для обустройства буровой колонны.

burovye_truby_7

Трубы для буровых установок, являются многофункциональным устройством и кроме вышеназванной функции выполняют следующие виды операций:

  • Разрушение скальной породы и грунта.
  • Опускание и подъема грунта разрушающей насадки (бура).
  • Подведение к месту бурения (к точке соприкосновения буровой насадки и грунта) специальных буровых промывочных составов или сжатого воздуха (в зависимости от типа бурения).
  • Передача вращательного момента, поступающего на трубу от забойного двигателя через ротор, непосредственно к буровой насадке.
  • Создание, укрепление и поддержание осевой по горизонтали нагрузки, для обеспечения правильной работы бурильного оборудования.
  • Откачка (забор) из скважины воды (нефти, газа).

Также для усиления внутренних стенок скважины, с целью предотвращения завалов, используются — буровые обсадные трубы.

burovye_truby_6

Техническое устройство буровой трубы

Конструкция бурильной трубы состоит из трех основных деталей:

  • тела трубы,
  • концевого замкового ниппеля,
  • концевой замковой муфты.

Названные замковые детали присоединяются посредством сварки или резьбы на противоположных ее концах. И служат для последовательного соединения отдельных труб в единую систему, в так называемую буровую свечу.

Надежность трубного соединения обеспечивает, внутренняя резьба на ниппеле и внешняя на замковой муфте. Применяются буровые и обсадные трубы не только для промышленной добычи нефти и газа на крупных месторождениях, но и в геологоразведке, народном хозяйстве (бурение и подъем воды из артезианских скважин). Для обустройства автономного водного обеспечения дачных (загородных) участков через, опять же бурение скважин.

burovye_truby_5

Отвлеченная от основной темы информация. С наступающего нового года, бурение скважин на личных земельных участках граждан, ранее бывшее бесплатным. Облагается налогом и является преследуемым по принятому закону, преступлением. Все, как уже существующие, так и новые скважины, подлежат обязательному государственному лицензированию.

Классификация бурильных (обсадных) труб для буровой установки

Являясь одним из основных составных элементов буровой установки, представляющей собой сложный технический и технологический комплекс, буровые трубы (в дальнейшем БТ) классифицируются по следующим группам:

Обычные БТ, изготовленные из стали по государственным стандартам (ГОСТ) или алюминиевых сплавов. Данный тип труб имеет круглое сечение с толщиной стенок от 7.5 (минимальное значение) до 11 миллиметров. Соединение отдельных фрагментов труб в свечу, производиться через бурильный замок с крупной резьбовой нарезкой по конусу. Для увеличения надежности и прочности соединений, концы БТ имеют утолщения.

burovye_truby_4

Ведущие буровые трубы. Верхняя часть буровой колонны. Передающая вращательный момент от двигателя через специальную систему деталей и механизмов, всю буровую штангу и не посредственно к бурильной насадке. При многогранном сечении трубы толщина ее стенок изменяется от 23.5 мм до 89.5 миллиметров. Окончания ведущей БТ утолщены комбинированными, либо внутренними (наружными) — высадками.

Бурильные трубы утяжеленные. Нижняя часть бурильной колонны круглого или квадратного профильного сечения. С толщиной стенок от 16 до более 50 мм. Увеличивает жесткость сдавленных частей буровой колоны и передает необходимую для разрушения встречной породы нагрузку на бур.

Вес обсадных и буровых труб

Вес труб для буровой установки зависит от нескольких определяющих ее типоразмер параметров и дополнительных элементов в виде высадок. А именно:

  • группы у которой относиться труба данного вида (обычная, утяжеленная, ведущая),
  • материала ее изготовления,
  • наружного диаметра буровых труб,
  • толщины стенок,

burovye_truby_3

  • типа замка,
  • типа высадки.

Более подробную информацию о весе буровых труб каждого вида, а также марках стали и алюминиевых сплавов из которых они изготавливаются можно найти в специальных справочниках ГОСТа.

Требования, предъявляемые ГОСТ к бурильным обсадным трубам и штангам

Государственный стандарт, это свод нормативов и требований предъявляемый ко всем строительным материалам, промышленному оборудованию и инструментам для всех направлений производства.

Буровые трубы для скважины имеют несколько качественных стандартов по материалам изготовления и назначению.

burovye_truby_2

Общие нормативные требования для обсадных и буровых труб для бурильных установок, выглядят следующим образом:

  • Качество БТ в обязательном порядке должно соответствовать определенным для таких изделий прочности и надежности.
  • Долговечным и стойким к длительным механическим нагрузкам.
  • Устойчивым к воздействию агрессивных химических реакций и коррозии металлов.
  • Резким сменам (перепадам) температур.

Также особое внимание уделяется нормам закалки замковых соединений для буровых труб. И резьбовым соединениям.Главным стандартом для резьбы, является ее выполнение по форме конуса. По сравнению с цилиндрической резьбой, такой вид нарезки обладает такими достоинствами, как более высокий уровень герметичности соединения.

burovye_truby_1

При закручивании задействовано меньшее количество витков (оборотов), что увеличивает прочность и надежность соединения, которое в свою очередь, увеличивает скорость процесса буровых работ.

Также при этом достигается минимально возможный износ замковых ниппелей и муфт.

Исключается возможность неправильного соединения (перекосов) при закручивании.

trubygid.ru

Алюминиевые трубы нефтяного сортамента для бурения и эксплуатации скважин на месторождениях с повышенным содержанием сероводорода - Бурение и Нефть

Aluminum pipes of oil assortment for drilling and wells operating in the fields with high content of hydrogen sulfide

V. BASOVICH, I. BUYANOVSKII, «Akvatik- Drilling pipes» LLC, I. PETUNKIN, «Drilling pipes» LLC

О преимуществах применения алюминиевых труб нефтяного сортамента при бурении и эксплуатации скважин на месторождениях с повышенным содержанием сероводорода

On the benefits of using aluminum pipes of oil assortment for drilling and operation of wells in the fields with high content of hydrogen sulfide.

По мере истощения легко извлекаемых запасов углеводородов добывающие компании все активнее разрабатывают технологически более сложные месторождения, в первую очередь, с высокой концентрацией сероводорода (h3S) в продуктивных пластах.Это требует интенсивного изыскания эффективных средств и способов защиты от сероводородной агрессии, как основного, так и вспомогательного технологического оборудования.Опасное воздействие h3S на стальные элементы бурильной (БК), лифтовой (ЛК) и обсадной (ОК) колонн заключается в их охрупчивании [1, 2] и, как след­ствие, может приводить к внезапному разрушению. По этой причине для применения в h3S-содержащих средах передовые зарубежные изготовители стальных бурильных (СБТ), насосно-компрессорных (НКТ) и обсадных (ОТ) труб нефтяного сортамента освоили специальные низкоуглеродистые хромо-молибденовые марки сталей типа МS, S, SS, которые применяются в зависимости от уровня парциального давления сероводорода и водородного показателя среды [3], обеспечивая необходимую сопротивляемость металла коррозионному поражению. Наличие сероводорода и диоксида углерода в пластовых флюидах определяет специальные требования к конструкции скважины, креплению обсадных колонн, системе заканчивания, устьевому, противовыбросовому и буровому оборудованию. Как правило, буровые и нефтедобывающие предприятия вынуждены приобретать для строительства скважин в таких условиях весьма дорогостоящие импортные СБТ, ОТ и НКТ, например, группы прочности 90-SS и т.п.Перспективной альтернативой этим сталям являются обладающие высокой коррозионной стойкостью к сероводородной агрессии изделия из алюминиевых сплавов. Ниже приведены основные результаты лабораторных, стендовых и промысловых испытаний алюминиевых труб нефтяного сортамента по оценке их коррозионной стойкости в агрессивных сероводородсодержащих средах. Кроме того, рассмотрены результаты испытаний и специальные требования к стали сероводородостойких бурильных замков, которыми должны оснащаться легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ), предназначенные для эксплуатации в вышеупомянутых средах.В книге Г.М. Файна и др. «Нефтяные трубы из легких сплавов» [4] впервые было отмечено, что согласно исследованиям, проведенным в СССР и за рубежом, ЛБТ в меньшей степени, чем СБТ, подвержены коррозии в агрессивных средах, содержащих h3S.Учитывая, что при бурении на месторождениях с подобными характеристиками пластовой среды обычно используются трубы из дорогостоящих импортных коррозионностойких нержавеющих сталей, НК «ЛУКОЙЛ» приняла решение реализовать пилотный проект по использованию ЛОТ и ЛНКТ для применения в скважинах на месторождениях с высоким содержанием h3S и CO2.С целью опробования возможности и эффективности применения алюминиевых труб нефтяного сортамента вместо стальных компанией «Акватик» совместно с Управлением по бурению ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» был выполнен комплекс опытно-промышленных работ по разработке, исследованию, лабораторным, стендовым и промысловым испытаниям ЛОТ и ЛНКТ при строительстве глубокой эксплуатационной наклонно-направленной скважины № 15, на Баяндыском месторождении, характеризуемом пластовыми флюидами с повышенным содержанием сероводорода и диоксида углерода.С учетом паспортных значений прочностных и антикоррозионных свойств, а также имея в виду результаты выполненного компанией «Акватик» расчета напряженно-деформированного состояния обсадной колонны для этой скважины в качестве материала для ЛОТ и ЛНКТ был выбран высокопрочный алюминиевый сплав 1953Т1.

Проведенные прочностные и коррозионные испытания показали, что сталь марки 32ХГМА как по механическим свойствам, полученным при изготовлении макетов замков ЗЛКА–178, так и сопротивлению СКРН и КК со сплавом 1953Т1, полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сероводородостойким сталям группы SS.

По заданию компании «Акватик» в НТЦ «Weathtrford-Политехник», г. Санкт-Петербург [5], был выполнен комплекс лабораторных коррозионных испытаний образцов сплава 1953Т1 в присут­ствии насыщенных газовой смесью h3S и CO2 наиболее агрессивных пластовых сред, характерных для Баяндыского месторождения. Коррозионные испытания проводились в двух средах – модельной пластовой воде, содержащей 13,5 % h3S и 1,09 % CO2 и в смеси нефти с модельной пластовой водой. Исследования включали следующие виды коррозионных испытаний: на общую коррозию, сероводородное коррозионное растрескивание под напряжением (СКРН) при двух уровнях напряжений образцов, контактную коррозию в паре: сплав 1953Т1-коррозионностойкая сталь марки 30ХМА. При этом для более полной имитации скважинных условий коррозионные испытания проводились как при нормальном давлении и температуре 200 С, так и при термобарических условиях с использованием автоклавного оборудования при повышенных давлениях 5,0 и 15,0 МПа и температуре 880 С. В табл. 1 приведены основные результаты испытаний сплава 1953Т1 на СКРН, которое является основным видом коррозионного поражения материалов при работе в агрессивной среде с повышенным содержанием сероводорода и диоксида углерода.По результатам выполненных коррозионных испытаний были сформулированы следующие основные выводы:– Алюминиевый сплав 1953Т1 сохраняет высокую коррозионную стойкость в агрессивной модельной пластовой воде при нормальном давлении и температуре 200 С. Максимальное значение скорости общей коррозии сплава в этих условиях не превышает 0,084 мм/год; – При повышении температуры до 88° С коррозионное поражение сплава несколько возрастает, но оно не становится критичным для эксплуатации алюминиевых труб;– При повышении давления среды до 15 МПа интенсивность коррозионного поражения сплава снижается по сравнению с данными, полученными при атмосферном давлении;– Сплав 1953Т1 практически не подвержен СКРН;– Контактная коррозия сплава со сталью 30ХМА не является определяющим фактором, «опасным» для общего эксплуатационного ресурса алюминиевых труб;– Нефть в смеси с модельной пластовой водой оказывает защитное от коррозии действие на образцы из сплава 1953Т1;– Цементные растворы в период ОЗЦ не вызывают заметную коррозию сплава; – В растворах HCl сплав 1953Т1 корродирует весьма интенсивно, поэтому при необходимости проведения кислотной обработки пласта в присутствии алюминиевых труб требуется либо замена кислоты, либо применение специальных ингибиторов, снижающих скорость поражения труб. В качестве альтернативы HCl была, в соответ­ствии с рекомендациями [4], выбрана сульфаминовая кислота (Nh3SO3H), испытания растворов которой показали, во-первых, практически полное отсутствие реакции с алюминиевыми сплавами и, во-вторых, – высокую эффективность применения для обработки карбонатных пород Баяндыского месторождения с целью повышения их проницаемости. Таким образом, выполненные коррозионные испытания позволили отнести сплав 1953Т1 к классу весьма стойких материалов, имеющих по общепринятой шкале коррозионной стойкости балл стойкости 3. Для проверки расчетных значений прочностных характеристик и оценки эксплуатационной надежности изготовленных ЛОТ и ЛНКТ на специализированных стендах ЦНИИ им. акад. Крылова в Санкт-Петербурге был проведен комплекс стендовых силовых испытаний на разрушение полномасштабных образцов труб при действии на них растяжения, изгибающего момента, избыточных внутреннего и внешнего давления. Основные результаты силовых испытаний образцов алюминиевых ЛОТ и ЛНКТ приведены в табл. 2.Стендовые испытания показали, что разрушение образцов происходило при нагрузках, которые превышали рассчитанные значения. Кроме того, образцы ЛОТ в сборе с резьбовыми соединениями подтвердили герметичность при испытании внутренним давлением 42 МПа с одновременным растяжением трубы усилием 1800 кН. Образцы ЛНКТ в сборе с резьбовыми соединениями подтвердили герметичность при испытании внутренним давлением 40 МПа с одновременным растяжением трубы усилием 630 кН. По результатам выполненных лабораторных и стендовых испытаний компания «Акватик» откорректировала техническую документацию на поставку ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» опытных партий ЛОТ-178х14 и ЛНКТ-90х10,5. Трубные заготовки для этих труб были изготовлены ООО «Бурильные трубы» методом горячего прессования алюминиевого сплава 1953Т1, а нарезку резьб и заводские испытания были выполнены АО «Серовский механический завод».В январе 2011 г. в скважину № 15 Баяндыского месторождения ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» на глубину 4219 м была успешно спущена одной секцией обсадная эксплуатационная колонна, состоящая из алюминиевых обсадных труб ЛОТ-178х14 из сплава 1953Т1.После крепления колонны, перфорации на заданной проектной глубине и проведения кислотной обработки пласта, выполненной с применением 15 % раствора сульфаминовой кислоты, суточный дебит нефти на этой скважине, согласно данным пресс-релиза НК «ЛУКОЙЛ» [6], достиг рекордного для данного месторождения уровня 500 тонн, а экономическая эффективность только от замены стальных обсадных труб на алюминиевые превысила 7,0 млн рублей. На рис. 1 приведен фрагмент спуска ЛОТ 178х14 в скважину № 15.ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» необходимо провести освидетельствование технического состояния алюминиевой обсадной колонны, после ее более чем шестилетней эксплуатации, и выдать соответствующие рекомендации по результатам уникального промыслового эксперимента и возможному тиражированию алюминиевых ЛОТ и ЛНКТ для применения в агрессивных средах с повышенным содержанием сероводорода.Высокую коррозионную стойкость алюминиевого сплава Д16Т подтвердил промысловый опыт применения разработанных компанией «Акватик» безмуфтовых ЛНКТ-74х8 в скважине № 13307, куст № 1350 Самотлорского месторождения, пластовая среда которой характеризуется сильной коррозионной активностью, обусловленной значительной степенью минерализации и содержанием h3S и СО2 Одновременно в данной скважине в составе лифтовой колонны испытывались НКТ-73х5,5 из стали группы прочности «К» с цинковым диффузионным покрытием резьб. После 136 суток эксплуатации произошло падение дебита по причине сильной коррозии стальных НКТ и разрушения цинкового покрытия на опытных трубах.На рис. 2а представлены фотографии ЛНКТ-74х8 после 136 дней скважинной эксплуатации. Для сравнения: на рис. 2б приведен полученный в тех же условиях износ аварийного ниппеля серийной стальной НКТ-73х5,5.

Алюминиевые трубы нефтяного сортамента, в том числе: бурильные – ЛБТ, оснащенные сероводородостойкими замками из стали марки 30ХГМА; обсадные – ЛОТ и насосно-компрессорные – ЛНКТ, могут найти эффективное применение при бурении и эксплуатации месторождений с повышенным содержанием сероводорода и диоксида углерода в пластовых флюидах взамен импортных аналогов, изготовленных из специальных весьма дорогостоящих марок сталей.

Состояние ЛНКТ-74х8 при осмотре всей партии было признано хорошим, коррозионные и механические повреждения на теле труб отсутствовали, резьбы не корродировали и не были повреждены (рис. 2а). В связи с этим для продолжения промысловых испытаний с целью оценки максимального срока службы как самих труб, так и их резьбовых соединений, в скважину снова были спущены ЛНКТ-74х8.После 380 дней общей скважинной эксплуатации внешний вид испытанных ЛНКТ-74х8 практически не претерпел изменений и решением технического совета компании «Самотлорнефтегаз» они были рекомендованы к применению на скважинах с сильной коррозионной активностью, обусловленной присут­ствием а пластовых водах сероводорода и диоксида углерода. Насыщение стали водородом и водородное охрупчивание, как упоминалось ранее, являются основной причиной сероводородного растрескивания обычных марок сталей, применяемых для изготовления и замков серийных СБТ и ЛБТ, в частности, стали марки 40ХМФА по ГОСТ 4543-71. Что касается ЛБТ, то, имея в виду высокую коррозионную стойкость алюминиевых сплавов в h3S и СО2-содержащих средах, необходимо, чтобы и привинченные к алюминиевой трубе стальные замки также обладали в этих условиях достаточной сопротивляемостью к общей коррозии, СКРН, а также и к контактной коррозии в биметаллической паре с алюминиевым сплавом.Основные требования, которые предъявляются к сероводородостойкой стали, приведены в стандарте Канады IRP–01-2008 [7] и его отечественном аналоге ГОСТ 53678-2009 [3]. Из указанных нормативных документов следует, что для изготовления стойких к сероводородной коррозии замков к ЛБТ специальная сталь должна обладать следующими свойствами:– растягивающее напряжение в % от минимального предела текучести стали, при котором лабораторные образцы при испытаниях на СКРН согласно стандарту NACE 177-2005 [8] в растворе с заданной степенью агрессивности сероводородосодержащей среды, не разрушаются в течение 720 часов, должно быть не менее 80 %; – в эксплуатационной среде, содержащей сероводород, сталь должна обладать достаточной стойкостью к общей коррозии и контактной коррозии в паре с алюминиевыми сплавами; – минимальный предел текучести стали в состоянии поставки должен быть не менее 758 МПа;– сталь должна иметь однородную мелкозернистую микроструктуру, что обеспечивается правильно подобранными химическим составом и ее надлежащей химико-термической обработкой (ХТО). В табл. 3 приведены рекомендации по химическому составу стали для изготовления бурильных замков ЛБТ в сероводородостойком исполнении, заимствованные из упомянутых нормативных документов [3, 7]. Комплекс НИР по выбору материала стального замка, стойкого в среде Н2S, отработке режимов ХТО стали, прочностным и коррозионным испытаниям выбранной марки стали был по заданию компании «Акватик» выполнен ОАО «Орский машиностроительный завод» (ОМЗ), г. Орск, совместно с ОАО «РосНИТИ», г. Челябинск [8]. На основании анализа нормативных материалов, отечественного и зарубежного промыслового опыта бурения и эксплуатации скважин с высокой концентрацией сероводорода в продуктивных пластах, а также с учетом известных результатов коррозионных испытаний ряда импортных и отечественных марок сталей, наиболее подходящими для изготовления сероводородостойких замков ЛБТ была признана сталь 32ХГМА по ГОСТ 8734-75.Для дальнейших технологических исследований и коррозионных испытаний из этой стали по принятой на ОМЗ технологии были изготовлены 5 комплектов макетных образцов бурильных замков ЗЛКА-178 к ЛБТ-147х13. Режим ХТО макетов замков включал: отжиг после штамповки, закалку в трех-ручьевой установке с одновременным нагревом токами промышленной частоты и отпуск в шахтной печи по принятому на заводе режиму. По результатам проведенных исследований и испытаний качество макетов бурильных замков ЗЛКА-178 было признано соответствующим ранее указанным требованиям, предъявляемым к сероводородостoйким сталям класса SS.Лабораторные испытания образцов стали 30ХГМА на сопротивление СКРН в h3S содержащих средах проводилось по международному стандарту NACE ТМ-0177-2005 [9] с использованием метода одноосного растяжения круглых стандартных образцов с приложением фиксированной нагрузки, создающей в образцах напряжения, равные 65 % от минимального предела текучести выбранной марки стали. Испытания выполнялись в деаэрированном азотом и насыщенном сероводородом растворе, содержащем 5 % NaCl и 0,5 % Ch4COOH в дистиллированной воде. Водородный показатель раствора рН = 2,6 – 2,8; температура поддерживалась равной 24 ± 3° С. Продолжительность испытаний равнялась 720 часам. Результаты коррозионных испытаний стали 32ХГМА представлены в табл. 4.Как следует из табл. 4, 4 образца из стали 32ХГМА выдержали испытание, только 1 образец разрушился через 168 часов не по «слабому» сечению, а по галтели, вероятно, из-за ее некачественного изготовления. Испытания на стойкость к контактной коррозии (КК) стали марки 32ХГМА в контакте со сплавом 1953Т1 проводилась иммерсионным методом, т. е. путем измерения потерь массы контактной пары при погружении в рабочую среду на время испытания. Контактная пара моделировалась схемой резьбового соединения бурильной алюминиевой трубы со стальным замком. Образцы в виде гаек изготавливались из деталей бурильных замков из стали марки 32ХГМА, образцы в виде шпилек – из сплава 1953Т1, вырезанных из тела ЛБТ-168х13. Образцы соединяли между собой посредством резьбы. Полученную таким образом контактную пару со стороны гайки заглушали фторопластовой пробкой и погружали в модельный раствор, приготовленный на основе, эксплуатационной среды Баяндыского месторождения.Контрольная длительность испытаний составляла 288 часов. Испытания проводили при температурах рабочего раствора +21±30С и +88±30С. Испытывали по три контактных пары при каждой температуре испытания. Для определения сравнительной скорости коррозии металлов в контакте и без контакта проводили испытания контрольных образцов из тех же марок стали и алюминиевого сплава в отсутствие гальванического контакта. Испытания на КК показали, что при температуре +21° С коррозия носит исключительно равномерный характер, при этом скорость коррозии не превышает 0,05 мм/год на образцах из стали и совсем незначительна на алюминиевом сплаве марки 1953Т1 – менее 0,007 мм/год. Скорость КК алюминиевого сплава марки 1953Т1 с повышением температуры до +88° С увеличилась и составила (по массе) до 0,2 мм/год. При этом на поверхности образцов из алюминиевого сплава обнаружены локальные повреждения в виде язв глубиной 1,5 мм в контакте со сталью и 0,7 мм на контрольных образцах. Проведенные прочностные и коррозионные испытания показали, что сталь марки 32ХГМА как по механическим свойствам, полученным при изготовлении макетов замков ЗЛКА-178, так и сопротивлению СКРН и КК со сплавом 1953Т1, полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к сероводородостойким сталям группы SS. Таким образом, алюминиевые трубы нефтяного сортамента, в том числе: бурильные – ЛБТ, оснащенные сероводородостойкими замками из стали марки 30ХГМА; обсадные – ЛОТ и насосно-компрессорные – ЛНКТ, могут найти эффективное применение при бурении и эксплуатации месторождений с повышенным содержанием сероводорода и диоксида углерода в пластовых флюидах взамен импортных аналогов, изготовленных из специальных весьма дорогостоящих марок сталей.

1. Охрупчивание конструкционных сталей и сплавов. Под ред. К.Л. Брайента, С.К. Бенерджи. Пер. с англ. Ю.П.Либерова. М.: Металлургия, 1988. 552 с.2. Колачев Б.А. Водородная хрупкость металлов. М.: Металлургия, 1985. 216 с.3. ГОСТ 53678-2009. Нефтяная и газовая промышленность. Материалы для применения в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа. Часть 2. Углеродистые и низколегированные стали стойкие к растрескиванию и применению чугунов.4. Г.М. Файн и др. Нефтяные трубы из легких сплавов. М.: Недра, 1990.5. Исследования коррозионной стойкости образцов алюминиевых и стальных труб нефтегазового назначения в водно-солевых растворах с содержанием сероводорода и углекислого газа: отчет о НИР. НТЦ «Weathtrford-Политехник», Санкт-Петербург, 2009.6. ЛУКОЙЛ внедряет передовые технологии строительства скважин/ Пресс-релиз НК «ЛУКОЙЛ» от 08.04.2011.7. IRP–01-2008. Critical Industry Recommended Practice for the Canadian Oil and Gas Industry. Drilling and Completion Committee.8. Выбор материала стального замка стойкого в среде сероводорода; отработка режимов химико-термической обработки и выполнение комплекса прочностных и коррозионных испытаний: отчет НИР. ОАО «Орский машиностроительный завод», Орск, 2010.9. NACE ТМ-0177-2005 Стандартный метод испытаний. Лабораторные испытания металлов на сопротивление сульфидному растрескиванию под напряжением в  h3S-содержащих средах. Стандарт Американской национальной ассоциации инженеров-специалистов по коррозии, 5 издание.

1. Embrittlement of structural steels and alloys. Ed. by K.L. Braient, S.K. Benerdzi. Translation from English. Y.P. Liberova. M.: Metallurgy, 1988. P. 552.2. Kolachev B.A. Hydrogen brittleness of metals. M.: Metallurgy, 1985. P. 216.3. GOST 53678-2009. Oil and gas industry. Materials for use in environments containing hydrogen sulfide, the extraction of oil and gas. Part 2. Carbon and low alloy steel resistant to cracking and application of cast irons.4. G.M. Fain, etc. The light alloy oil pipe. M.: Nedra, 1990.5. Study of corrosion resistance of samples of aluminum and steel pipes oil and gas sector in water-salt solutions with a content of hydrogen sulfide and carbon dioxide: the research report regarding NIR NTC «Weathtrford-Polytechnic», Saint-Petersburg, 2009.6. LUKOIL introduces advanced technologies of construction of wells/ Press-release «LUKOIL» dd. 08.04.2011.7. IRP–01-2008. Critical Industry Recommended Practice for the Canadian Oil and Gas Industry. Drilling and Completion Committee.8. The choice of material the steel lock is resistant in the environment of hydrogen sulfide; development of modes of chemical and thermal processing and performing a set of strength and corrosion tests: report of research. OAO «Orsky machine building plant», Orsk, 2010.9. NACE TM-0177-2005 Standard test method. Laboratory testing of metals for resistance to sulfide stress cracking in h3S-containing environments. Standard of the American national Association of engineers on corrosion, 5 edition.

Комментарии посетителей сайта

Авторизация

Басович В.С.

Басович В.С.

к.т.н., генеральный директор

ООО «Акватик – Бурильные Трубы»

Буяновский И.Н.

Буяновский И.Н.

к.т.н., ведущий инженер

ООО «Акватик – Бурильные Трубы»

Петункин И.В.

Петункин И.В.

генеральный директор

ООО «Бурильные трубы»

Ключевые слова: алюминиевый сплав, сероводород, коррозионная стойкость, легкосплавные обсадные, бурильные, насосно-компрессорные трубы

Keywords: aluminum alloy, sulfide, corrosion resistance, light casing, drilling, tubing

Просмотров статьи: 1352

burneft.ru

Буровая труба: сфера применения и классификаций конструкций

Содержание статьи

Порой мы не замечаем того оборудования, которое работает во благо человека «за кадром». Согласитесь, и вы редко задумываетесь, как из недр достаются природные богатства, из скважин добывается питьевая вода, а из земли выкачивается газ?! Скрипка № 1 во всех этих процессах – буровая труба – мощная, надежная, проверенная временем, справляющаяся со сложными и серьезными задачами. Конструкция достойна того, чтобы с ней познакомиться поближе, даже если вы не планируете самостоятельно добыть нефть.

Зона применения

Название говорит само за себя – для бурения, а именно – подвода промывочного состава или воздуха (сжатого) к забою, подъема оборудования, разрушающего породу и других операций, входящих в этот сложный комплекс работ. Естественно, что изделия являются лишь частью бурильных установок, но одной из важных и незаменимых – способных передавать вращение, создавая осевую нагрузку на оборудование.

Применяют обсадные и бурильные трубы, как в промышленности, так и для бытовых нужд. Используя их, добывают воду, газ, нефть, а также проводят ремонты и геологическую разведку.

Естественно, что буровые трубы разнятся по размерам, изготавливаются из разных материалов и бывают разных видов. Об этом дальше и поговорим.

Буровая установка

Вот такие серьезные работы можно проводить с помощью бурильных установок

Существуют две основные технологии бурения с обсадной трубой:

  1. Роторное бурение.
  2. Бурение с помощью забойных двигателей.

Роторная технология базируется на вращении, передающемся к долоту от ротора. Буровая колонна в данном случае ведет себя необычно: в процессе работы ее верхняя часть растягивается, а оставшаяся (ниже вертлюга) – сжимается, что приводит к вращению.

Если используются забойные двигатели, колонна не вращается.

Характеристики буровых труб

Познакомимся с классификацией и строением изделий.

Буровые трубы

Так выглядят буровые трубы

Устройство

Данная конструкция представляет собой слаженный «ансамбль» из трубной заготовки, замкового ниппеля и замковой муфты. Крайние два элемента еще называют присоединительными концами. Эти детали присоединяются к заготовке при помощи сварки либо резьбы.

В большинстве своем обсадные трубы для бурения собирают в так называемые свечи, состоящие из нескольких описанных конструкций. Чтобы соединение было надежным, на концах труб делается резьба (внутренняя – на ниппеле и внешняя – на муфте).

Специфика использования конструкций диктует свои условия: все изделия должны быть защищены от коррозии. Для этого производители труб покрывают поверхность конструкций специальными составами, уберегающими материал от появления ржавчины.

Долото буровой трубы

А это долото – часть буровой установки

Классификация конструкций

Разнятся трубы, предназначенные для бурения по множеству признаков, а именно:

  • материалу, из которого изделия изготовлены;
  • диаметру конструкции;
  • другим особенностям товара.

Данные различия помогают подобрать наиболее подходящие для запланированных работ изделия. Между тем наиболее важной является классификация, делящая буровые трубы на следующие виды:

  1. обычные;
  2. ведущие;
  3. утяжеленные.

Поговорим вкратце о каждом из перечисленных видов, начиная с обычных труб для бурения. Такие конструкции делают из стальных либо алюминиевых сплавов. Толщина стенки: минимум – 4,75 мм, максимум – 11 мм. Что касается сечения, то обычные трубы оснащены круглым поперечным его типом. Чтобы собрать данные конструкции в «свечу» применяют специальные – с крупной конической резьбой замки либо полузамки.

Пластиковая буровая труба

Так выглядят изделия из пластика – для менее серьезных работ

Также к разряду обычных бурильных труб относят и алюминиевые конструкции, чаще называемые «АТБ». Изготавливается такой вид из сплава «Д16Т». Диаметр изделий таков: 114, 129, 147 мм. Соединение осуществляется при помощи навернутых стальных замков. На концах конструкций расположены высадки внутрь.

Ведущие буровые трубы всегда расположены вверху колонны. Узнать их легко – по остающимся на земле четырех-, шести-, восьмигранникам. Основная миссия ведущих конструкций – передача вращательных волн непосредственно от активатора этого движения, называемого вращателем. Размеры буровой трубы варьируются от 23,5 до 89,5 мм, наружный диаметр – 79-279 мм. Сечение конструкции – многогранное. Концы изделия для надежности утолщены при помощи наружной/внутренней высадки.

Утяжеленные трубы задействуют для важной миссии – увеличения жесткости и массы бурильного приспособления. Место их расположения – нижняя часть колонны. Общепринятая маркировка – «УБТ». Благодаря таким трубам удается сделать относительно скромную по длине «свечу» более мощной – за счет оптимальной осевой нагрузки, поступающей на долото. УБТ превосходно себя зарекомендовали в нефте- и газодобывающей сфере.

Изготавливают такой тип из специальной стали, называемой «ДИК». Толщина конструкции варьируется в пределах 15-50 мм. Сечение изделия – круглое либо квадратное. Форма зачастую цилиндрическая.

Утяжеленная буровая труба

Утяжеленный тип конструкции

Типы утяжеленной направленности

В свою очередь УБТ делятся на такие подвиды:

  • сбалансированные;
  • горячекатаные.

Сбалансированный подвид применяют для роторного типа сверления. Изделие делают из специального вида стали. Усиливает прочность конструкции термическая обработка, проделываемая с крайним метром поверхностей УБТ, а также фосфатирование и обкатка нарезки специальными роликами. Остальная поверхность также подвергается профильной обработке, благодаря чему толщина изделия сохраняет свою равномерность. Прямолинейность конструкции обеспечивает просверленный канал.

Бурение с обсадной трубой горячекатаного подвида осуществляется при помощи гидравлических забойных двигателей. Изготавливают конструкции методом прокатки из стали группы «К» либо «Д». Горячекатанные УБТ не отличаются особой прочностью, особенно в местах соединения фрагментов. Грешат изделия и кривизной, формой в виде овала, а также толщиной стенок в отдельных частях одной и той же детали. Вращаясь, такая конструкция, учащает биение колонны и, тем самым, провоцирует перегрузку системы.

Горячекатаные трубы для бурения

Утяжеленные горячекатаные трубы для бурения

Требования к изделиям

Итак, выяснили, что такое буровые трубы, какими они бывают, где используются, пора узнать, как выбрать качественный товар, который не подведет во время ответственной работы и прослужит максимально долго.

Знакомьтесь со стандартами, предъявляемыми к описанным товарам.

Сначала общие требования:

  • устойчивость к коррозии;
  • высокое качество материала;
  • отсутствие кривизны;
  • устойчивость к перепадам температуры;
  • правильная технология изготовления;
  • способность выносить длительные механические нагрузки;
  • прочность;
  • долговечность.

А теперь о дополнительных требованиях. Замки и полузамки – важные составляющие конструкции, поскольку именно от них зависит крепость соединения и работоспособность колонны. Места стыковки считаются самым уязвимым местом «свечи», поэтому крайне важно выбирать качественные соединительные детали.

Важно, чтобы эти изделия прошли закалку, но без перекаливания, губящего положительные качества стали. Резьба на деталях должна быть выполнена качественно, аккуратно, в соответствии со стандартами. Имеет значение и форма замков, она бывает цилиндрической и конической. Последняя лучше – герметичнее, выносливее, быстрее закручивается и увеличивает интенсивность и качество бурения.

Видео-ликкбез: все о буровых трубах

Итак, знакомство с буровыми трубами состоялось.

Понравилась статья? Поделитесь ей:

trubsovet.ru

Терминология в бурении нефтяных и газовых скважин

Терминология в бурении нефтяных и газовых скважин. Специалист любого уровня, занимающийся бурением нефтяных и газовых скважин, должен свободно владеть этой терминологией.

Бурение — процесс образования горной выработки, преимущественно круглого сечения, путем разрушения горных пород главным образом буровым инструментом (реже термическим, гидроэрозионным, взрывным и другими способами) с удалением продуктов разрушения.

Скважина (нефтяная, газовая, водяная и т.п.) — сооружение, преимущественно круглого сечения, образуемое путем бурения и крепления и характеризуемое относительно малым размером площади поперечных сечений по сравнению с размером площади боковой поверхности и заранее заданным положением в пространстве.

Буровой инструмент — общее название механизмов и приспособлений, применяемых при бурении скважин и ликвидации аварий, возникающих в скважинах.

Ударный способ бурения — способ сооружения скважин путем разрушения горных пород за счет ударов породоразрушающего инструмента по забою (дну) скважины.

Вращательный способ бурения — способ сооружения скважин путем разрушения горных пород за счет вращения прижатого к забою породоразрушающего инструмента (долото, коронка).

Буровой раствор (промывочная жидкость) — технологическое наименование сложной многокомпонентной дисперсной системы суспензионных и аэрированных жидкостей, применяемых при промывке скважин в процессе бурения.

Обсадные трубы — трубы, предназначенные для крепления скважин, а также изоляции продуктивных горизонтов при эксплуатации нефтяного (газового) пласта (горизонта).

Обсадная колонна — колонна, состоящая из последовательно свинченных (сваренных) обсадных труб.

Затрубное пространство — пространство между стенками скважины (обсадной колонны) и наружными стенками колонны бурильных труб, образующееся в процессе бурения.

Разведочное бурение — бурение скважин с целью разведки нефтяных (газовых) месторождений. Входит в комплекс работ, позволяющий оценить промышленное значение нефтяного (газового) месторождения, выявленного на поисковом этапе, и подготовить его к разработке.

Эксплуатационное бурение — бурение скважин с целью разработки нефтяного (газового) месторождения.

Турбобур — забойный гидравлический двигатель, предназначенный для бурения скважин в различных геологических условиях.

Турбинный способ бурения — бурение скважин при помощи турбобуров.

Электробур — буровая машина, приводимая в действие электрической энергией и сообщающая вращательное движение породоразрушающему инструменту.

Цементирование (тампонирование) скважины — закачка цементного раствора в кольцевое пространство между стенками скважины и обсадной колонны.

Бурильная колонна — ступенчатый полый вал, соединяющий буровое долото (породоразрушающий инструмент) с наземным оборудованием (буровой установкой) при бурении скважины.

Бурильная свеча — часть бурильной колонны, неразъемная во время спускоподъемных операций; состоит из двух, трех или четырех бурильных труб, свинченных между собой.

Буровая установка — комплекс машин и механизмов, предназначенных для бурения и крепления скважин.

Буровая вышка — сооружение, устанавливаемое над буровой скважиной для спуска и подъема бурового инструмента, забойных двигателей, обсадных труб.

Буровая лебедка — механизм, предназначенный для спуска и подъема колонны бурильных труб, подачи бурового долота на забой скважины, спуска обсадных труб, передачи мощности на ротор.

Талевая (полиспастовая) система буровых установок — ряд механизмов (кронблок, талевый блок, крюк или крюкоблок), преобразующих вращательное движение барабана лебедки в поступательное (вертикальное) перемещение крюка.

Ротор — механизм, предназначенный для передачи вращения колонне бурильных труб в процессе бурения, поддержания ее на весу при спускоподъемных операциях и вспомогательных работ.

Вертлюг — механизм, обеспечивающий вращение бурильной колонны, подвешенной на крюке, и подачу через нее промывочной жидкости.

Буровой насос — гидравлическая машина для нагнетания промывочной жидкости в буровую скважину.

Буровая платформа — установка для бурения на акваториях с целью разведки или эксплуатации минеральных ресурсов под дном моря.

Силовой привод буровой установки — комплекс машин и механизмов, предназначенных для преобразования электрической энергии или энергии топлива в механическую энергию.

Вибрационное сито (вибросито) — механизм для очистки бурового раствора (промывочной жидкости) от выбуренной породы и других механических примесей.

Химические реагенты — различные химические вещества, предназначенные для регулирования свойств буровых растворов (промывочной жидкости).

Ведущая бурильная труба — труба обычно квадратного сечения, которая устанавливается наверху бурильной колонны и передает ей вращение от ротора.

Шурф для ведущей трубы — неглубокая скважина, сооружаемая рядом с ротором и предназначенная для опускания ведущей трубы во время наращивания бурильных труб в периоды, когда не бурят.

Шарошечное буровое долото — механизм, состоящий из сферических или цилиндрических шарошек, смонтированных на подшипниках качения или скольжения (или их комбинации) на цапфах секций бурового долота.

Лопастное буровое долото — корпус с присоединительной резьбой, к которому привариваются три и более лопастей.

Бурильные трубы — основная часть бурильной колонны. Бурильные трубы изготавливают бесшовными, из углеродистых или легированных сталей.

Бурильные замки (замки для бурильных труб) — соединительный элемент бурильных труб для свинчивания их в колонну. Бурильный замок состоит из ниппеля и муфты, закрепляемых на концах бурильной трубы.

Утяжеленные бурильные трубы (УБТ) — трубы, предназначенные для создания нагрузки на породоразрушающий инструмент и увеличения жесткости нижней части бурильной колонны.

Индикатор массы (веса) — прибор, при помощи которого в процессе бурения определяется осевая нагрузка на долото. Этим прибором определяется также нагрузка, действующая на крюк талевой системы. [Вадецкий Ю.В. Бурение нефтяных и газовых скважин]

Поделитесь с друзьями:

www.megapetroleum.ru

Бурильные трубы. Разновидности и основные характеристики бурильных труб

Трубы для бурения входят в состав бурильных установок. Они выполняют роль связующего звена между режущим инструментом (долотом) и бурильной аппаратурой. Эти детали нужны для спуска в скважину, образования нужного вращения и нагрузки, а также подъёма рабочих инструментов со дна скважины на поверхность. Помимо этого, они осуществляют подачу бурильного раствора, который выполняет функцию охлаждения режущего элемента. Скважины, которые бурят с помощью бурильного оборудования, классифицируются по продуктам добывания (нефть газ, вода и прочее).

Бурильные трубы

Для бурения скважин применяются особый тип труб с высокими прочностными характеристиками

Особенности бурильных труб

Технология производства бурильных труб подразумевает отсутствие соединительных швов. Соединение таких изделий производится с помощью замков, которые имеют специальную резьбу. В случае, если они входят в состав колонной конструкции, их объединение между собой выполняется с помощью специальных ниппелей. Производство бурильных деталей регламентируется необходимыми государственными нормами и стандартами. Изделия могут быть с квадратным или круглым сечением.

По материалу изготовления бурильные трубы бывают двух типов.

Стальные бурильные трубы. Самый распространённый вид. Труба СБТ может обладать диаметром от 34 до 168 мм. Чаще всего в бурильных работах используются детали с диаметром 60 мм. С помощью их осуществляется так называемое колонковое бурение, при котором долото  вращается очень быстро, и разрушение породы происходит по кольцу, а не по всей площади забоя. Трубы стальные бурильные (СБТ) отличаются повышенной надёжностью. Они могут использоваться при добыче алмазов.

Лёгкие сплавы. Детали из лёгких сплавов имеют некоторые особенности в строении (например, утолщённые концы и круглое сечение). Бурильные легкосплавные трубы имеют толщину стенки от 9 до 17 мм.

Важно! В производстве бурильного оборудования используется метод прессовки. Материал, который подвергается прессовке, должен быть предварительно обработан термическим путём для повышения своих технических характеристик. Стыковка таких деталей производится с помощью замков. Замки имеют более лёгкую конструкцию.

Чтобы повысить показатели прочности, используют метод, с помощью которого концы детали утолщаются. К оконцовке трубы путём сварки присоединяют специальную муфту и замковый ниппель. На производстве такого рода требуется повышенный контроль, соблюдаются все требования и нормы безопасности. Повышенная система мониторинга качества  является гарантией того, что оборудование будет выполнено качественно и прослужит долгое время.

Бурильные трубы из стали — самый распространенный вид подобных изделий

Одной из самых важных характеристик, которой должны обладать трубы бурильного типа, — это устойчивость к коррозии. Эта характеристика обусловлена особенностями применения данных деталей. Нужных антикоррозийных показателей добиваются путём нанесения на поверхность заготовки защитного слоя, который может быть представлен бесцветным лаком или другим веществом. Защита резьбы и соединительных деталей труб осуществляется с помощью специальной антикоррозийной смазки.

Виды и характеристики бурильных труб

Бурильные изделия разделяют по типу конструкции на:

  1. Цельные. При производстве таких изделий используется монолитная заготовка с утолщениями на концах. Такие элементы подвергаются сначала термическому закаливанию, а затем обрабатываются механическим путём.
  2. Сборные. В отличие от цельных деталей, в производстве сборных применяют горячекатаную заготовку. На таких деталях есть специальные приспособления, которые с помощью завинчивания крепят на концах труб.

Помимо этого трубы классифицируются по материалу, который лежит в основе их производства. Как было сказано выше, такими материалами могут выступать сталь (для производства бурильных труб сбт) или лёгкие сплавы, из которых делают, соответственно, легкосплавные изделия.

У разных производителей бурильные приспособления могут отличаться по ряду признаков, но в большинстве случаев их подразделяют на три основных типа: обычные, утяжелённые и ведущие.

Бурильные трубы

Обычные бурильные трубы имеют тонкие стенки и применяются для бурения в нетвердых типах грунта

Обычные

При изготовлении деталей обычного типа используются только алюминиевые сплавы и составы из стали. Главным отличием этого вида можно назвать наличие круглого сечения в поперечном направлении. Они являются тонкостенными (толщина стенки колеблется от 4.75 до 11 мм). Для их стыковки между собой используют специализированные замки, которые оснащены резьбой конического типа. Труба легкосплавная буровая (относящаяся к этому типу) обычно подвергается специальной процедуре для увеличения прочностных характеристик. Их концы принято утолщать, что помогает им более качественно и длительно функционировать.

Утяжеленные бурильные трубы

Производятся в основном из стали и обладают круглым сечением. Начальный материал представлен поковкой, которую для усиления качественных характеристик подвергают механической или же термообработке. Такие детали осуществляют необходимую для усиления бурения нагрузку на инструмент. Помимо этого, конструкция из такого вида изделий обладает повышенной прочностью.

В случае, если форма скважины при бурении искривляется, применяются утяжелённые бурильные трубы с квадратной разновидностью сечения. Если такая деталь является ведущей, её монтируют сверху колонны. Утяжелённые изделия могут обладать помимо обычных типов сечения ещё и шестигранным.

Толщина стенок у утяжелённого типа изделий варьирует от 16 до 50 мм. Их объединение в бурильную конструкцию происходит с помощью обычной резьбы. Каждая такая деталь имеет специальный маркер «УБТ». Как правило, их используют в обычных условиях. Глубина, на которой они могут осуществлять работу, колеблется от 2000 до 2500 м. Диаметр наружный такой трубы может быть от 79 до 279 мм.

Бурильные трубы

Тяжелые трубы отличаются большой толщиной стенки и соединяются при помощи резьбы

Помимо этого, эти изделия переносят большую часть нагрузки (из-за того, что помещаются вверху всей конструкции). Для того, чтобы выдерживать её, такая буровая труба производится с уменьшенными размерами – она более короткая, нежели прочие типы.

Ведущие

Имеют многогранное сечение. Очень часто их размещают в верхней части колонны (оттуда и название). Отличительная черта этих изделий заключается в том, что они обладают четырёхгранными, шестигранными и восьмигранными видами сечения. Этот вид труб не бывает укороченным, как утяжелённые бурильные трубы. Но, для того, чтобы выдерживать огромные нагрузки, их стенки утолщают. Процесс утолщения происходит при помощи различных типов высадки. Высадка может быть внутренней, наружной или комбинированной.

Важно! Существуют непостоянные, рассыпчатые типы горных пород. К ним относятся: гравий, песок, щебень. Проникновение сквозь такую почву влечёт за собой быстрый износ бурильного оборудования. Бурильные и обсадные изделия, осуществляя работу в таких условиях, гораздо быстрее выходят из строя. Помимо этого, неустойчивые грунты могут содержать повышенное количество металлов, а, соответственно, и высокий коэффициент жёсткости воды.

Другие типы бурильных труб

Помимо вышеперечисленных, встречаются и другие типы труб для бурения. Например, существует вид, в котором замки навинчиваются на деталь. Концы таких изделий могут выходить наружу или внутрь. Их длина колеблется от 6 до 11.5 м. Они всегда помечаются маркировкой «ТБВК», если высадка проходит внутрь, и «ТБНК» — при наружной.

Ещё одна разновидность труб, о которой стоит упомянуть — это детали с приваренными концами. Их используют при прохождении через сложные типы породы.

Разработка бурильных приспособлений не стоит на месте и в будущем наверняка будут придуманы новые типы труб, функциональные характеристики которых будут гораздо выше, чем у нынешних. На сегодняшний же день существующие типы бурильных труб имеют все необходимые свойства для эффективной работы в добывающей сфере.

trubamaster.ru

Эффективность применения алюминиевых бурильных труб при бурении скважин на нефть и газ - Бурение и Нефть

Use efficiency of aluminium drill pipes during oil & gas wells’ drilling

V. SAPUNZHI, Drill Pipes Ltd

Общество с ограниченной ответственностью «Бурильные трубы» является ведущим производителем труб из высокопрочных и сверхлегких алюминиевых сплавов, задачей которого являются разработка, производство и поставка продукции для бурения, строительства, ремонта и эксплуатации скважин на нефть и газ.

Drill Pipes Ltd. is leading manufacturer of pipes made of high-strength & super-light aluminum alloys for drilling, construction, repair & exploitation of oil & gas wells.

ООО «Бурильные трубы» является 100%-ным дочерним предприятием ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод» – крупнейшим в России производителем полуфабрикатов из алюминиевых и магниевых сплавов, создано в 2007 г. на базе трубопрессового цеха для ускорения развития бизнеса, концентрации усилий по повышению качества продукции, расширения номенклатуры поставляемой продукции и услуг для предприятий нефтегазового комплекса.В настоящее время предприятие успешно производит стандартные, ранее освоенные, бурильные трубы (ЛБТ) в соответствии с ГОСТ 23786-79 (ISO 5226-85), хорошо работающие при бурении турбинным способом, без вращения буровой колонны. Также создана и освоена технология производства труб повышенной надежности в соответствии с международным стандартом ISO 15546 с присоединительной трапецеидальной трубной резьбой, собранных со стальными замками на установках температурной (горячим способом) и холодной (с применением эпоксидных смесей) сборок (по желанию заказчика – ЛБТВК). Такая конструкция труб позволяет производить бурение скважин комбинированным и роторным способом, с приложением значительных крутящих моментов.На сегодня завершены работы по организации совместной деятельности ООО «Бурильные трубы» с инжиниринговой компанией ООО «Акватик-Бурильные трубы», что позволяет обеспечить не только производство алюминиевых бурильных труб, но и даст возможность выполнять исследовательские и проектные работы по созданию новых видов продукции и их инженерное сопровождение при эксплуатации. При бурении глубоких, сверхглубоких скважин, скважин с большим отклонением от вертикали и, особенно, горизонтальных скважин чрезвычайно важно обеспечить высокую эксплуатационную надежность бурильной колонны (БК), снизить ее напряженно-деформированное состояние и обеспечить безаварийную работу в условиях экстремальных нагрузок и высоких температур. Компоновка и вес БК существенным образом влияют на технико-экономические показатели проводки скважин, формирование сил сопротивления и определяют уровень нагрузок на элементы буровой установки.Одним из наиболее перспективных путей решения этих проблем является использование ЛБТВК, изготовленных из специальных алюминиевых сплавов, которые обладают рядом ценных физико-механических свойств, выгодно отличающих их от сталей – основного материала для изготовления бурильных труб. К основным из этих свойств следует отнести:
  • низкий удельный вес;
  • высокое облегчение в растворах различной плотности;
  • высокую удельную прочность;
  • пониженное значение модулей продольной упругости и сдвига;
  • виброгасящие свойства;
  • коррозионную стойкость в агрессивной среде и, в первую очередь,
  • в Н2S и СО2;
  • немагнитные свойства;
  • легкую разбуриваемость (разрушение долотами, фрезами).
Эти свойства алюминиевых сплавов определяют основу эффективности применения ЛБТВК в составе бурильных колонн при проводке скважин на нефть и газ.

Низкий удельный вес

Это основной параметр, определяющий вес погонного метра труб, собственный вес бурильной колонны в целом и ее напряженно-деформированное состояние. Основными ограничениями при бурении глубоких и длинных скважин являются растягивающие нагрузки при подъеме бурильной колонны с забоя скважины и крутящий момент на ее вращение при бурении. Растягивающие нагрузки формируются собственным весом бурильной колонны и силами сопротивления на ее перемещение (трения). Крутящий момент на вращение колонны формируется только силами сопротивления (трения). Указанные параметры напрямую зависят от удельного веса материала труб, который определяет собственный вес бурильной колонны. Силы сопротивления (трения) также зависят от собственного веса колонны, который формирует прижимающие усилия к стенке скважины и совместно с коэффициентом трения определяют силы трения.С учетом веса стального замка ЛБТВК на воздухе почти в 2,5 раза легче стальной трубы аналогичного типоразмера при снижении прочностных свойств в 1,5 – 1,8 раза. Эта разница и определяет более низкие значения напряженного состояния бурильной колонны при применении в ее компоновке ЛБТВК.В качестве примера можно привести расчетные значения режимных параметров при бурении глубокой скважины на отметке 8000 м при применении стальной и комбинированной, с включением ЛБТВК, колонн. На проектной отметке крутящий момент на вращение колонны с частотой 80 об/мин. при стальной колонне составил 23,2, а для алюминиевой – 12,2 кНм. При этом усилие на крюке при подъеме с забоя при стальной колонне составило 2605, а при алюминиевой – 1104 кН, т.?е. основные показатели нагружения при алюминиевой колонне почти в два раза ниже.Часто бытует ошибочное мнение, что, учитывая более высокие прочностные свойства стальных труб, при ликвидации прихватов силовым методом мы сможем большую нагрузку растяжения и крутящий момент довести до прихваченного сечения. Однако это не совсем так. Как было показано выше, основной лимит прочности труб уходит на нагрузки, формируемые собственным весом колонны и силами сопротивления. Кроме того, при прихвате бурильную колонну можно рассматривать как защемленную балку и при этом прирост сил сопротивления, также зависящий от собственного веса, будет значительно выше. Расчеты показывают, что до глубин (длин) 3000 – 3500 м действительно есть преимущества у стальной колонны при доведении растягивающей нагрузки и момента до прихваченного сечения, а при больших глубинах (длинах) это преимущество уже переходит к колонне из ЛБТВК.

Облегчение в буровом растворе

Как показано выше, основной эффект применения ЛБТВК связан с низким значением удельного веса алюминиевых сплавов, который определяет весовые значения бурильной колонны. Показатель значения собственного веса колонны значительно снижается в том числе из-за повышенной плавучести сплавов (выталкивающая сила), которая определяется отношением плотности бурового раствора к приведенной плотности материала труб. Так, при плотности бурового раствора 1200 кг/м3 коэффициент облегчения бурильной колонны из ЛБТВК составляет 0,56, тогда как для стальной колонны в этих же условиях – всего 0,85.Это свойство алюминиевых сплавов позволяет значительно снизить собственный вес бурильной колонны и еще больше усилить эффект снижения напряженно-деформированного состояния БК от низкого значения удельного веса.

Высокая удельная прочность

Прочностные свойства стальных бурильных труб выше алюминиевых, но если учесть, что основной лимит прочности уходит на нагрузки, формируемые собственным весом колонны, то применение ЛБТПН становится эффективнее.Для оценки этого было введено понятие удельной прочности, которое характеризует отношение параметра предела текучести к весу погонного метра с учетом облегчения в буровом растворе. Удельная прочность имеет размерность в единицах длины и физически характеризует длину одноразмерной бурильной колонны в буровом растворе различной плотности, при которой за счет собственного веса колонны, без учета сил сопротивления, в ее верхнем сечении напряжения растяжения достигают предела текучести.По параметру удельной прочности колонны из алюминиевых труб почти в два раза превосходят колонны из стальных труб, что и обеспечивает возможность доведения повышенных значений растягивающих нагрузок при прихватах нижней части колонны и их ликвидации силовым методом.

Рис. 1. Профиль скважины № 806

Модули продольной упругости и сдвига

Указанные параметры физико-механических свойств материала в общем виде характеризуют его пластичность, уровень действующих напряжений и сопротивление металла действию знакопеременных изгибающих нагрузок.Учитывая, что по этим параметрам алюминиевые сплавы имеют значения почти в три раза ниже, чем у стали, соответственно и возникающие напряжения в ЛБТВК ниже, чем в стальных трубах, а следовательно – выше параметры эксплуатации.Это подтверждается основными формулами, характеризующими влияние значений модулей продольной упругости и сдвига на условия нагружения бурильной колонны. Так, при вращении колонны переменная составляющая напряжений изгиба зависит от модуля продольной упругости: где: d – диаметр труб,

– стрела прогиба

L0 – длина полуволн изогнутой оси.Модуль продольной упругости определяет напряжения при перемещении бурильной колонны на искривленном участке скважины: где R – радиус искривления ствола скважины.Динамические напряжения в колонне при СПО определяются как: где U – скорость СПО колонны, γм – удельный вес материала.Крутильные колебания при подклинках зависят от модуля сдвига G где ω – угловая скорость.Принципиальным для бурения наклонных и горизонтальных участков скважин, и особенно при бурении боковых стволов, является прохождение колонной участков с резкими перегибами пространственного положения ствола с малым радиусом искривления.Gи = dE / 2R Rст / Rал = Eст / Eал х Gст / Gал = 2,92 х 0,66 = 1,94,т. е. допустимый радиус искривления в стволе при применении ЛБТВК в 1,9 раза меньше, чем со стальными трубами в аналогичных технологических условиях.

Виброгасящие свойства

Известно, что продольные, крутильные и поперечные колебания, генерируемые при работе долот на забое, распространяются в виде волн по бурильной колонне (БК). При этом они могут частично передаваться на поверхность и в околоскважинную среду, частично рассеиваться, а также отражаться от различных источников отражения и возвращаться к долоту, где они складываются с прямыми (исходными) колебаниями. В общем случае cоотношение фаз прямых и отраженных колебаний может изменяться от совпадения по фазе (резонанс) до противофазы (антирезонанс). Алюминиевые бурильные трубы в качестве элементов волновых экранов обладают рядом существенных преимуществ. Они отличаются от стальных труб повышенной демпфирующей способностью. Например, при толщине стенки 10?мм степень рассеяния энергии колебаний внутренним трением в материале труб у ЛБТВК на 20% выше, чем у стальных. Наиболее сильно демпфирующие свойства проявляются в утолщенных ЛБТ – до 50% по сравнению со стальными трубами. Это позволяет одновременно с отражением снижать чрезмерные амплитуды всех видов колебаний и устранять их негативное влияние на процесс бурения.

Коррозионная стойкость

Выполненный комплекс лабораторных и скважинных испытаний определили высокую коррозионную стойкость алюминиевых сплавов в различных агрессивных средах с различными показателями рН бурового раствора. На сегодня мы несколько расширили диапазон допустимой эксплуатации ЛБТВК при различных рН раствора. Если раньше этот диапазон составлял 6,5 – 9,0, то сейчас он расширен до значений 4,5 – 10,0. В этом диапазоне коррозионное поражение алюминиевых сплавов незначительно, и остаточная прочность основного металла не снижает общую долговечность эксплуатации труб.Преимущественным качеством алюминиевых сплавов является полное отсутствие коррозионного поражения при эксплуатации в среде полного насыщения сероводородом и углекислым газом. Может возникнуть вопрос: а что происходит со стальным замком, которым оснащается алюминиевая труба, в этой среде? Стальной замок в среде сероводорода и углекислого газа, конечно, подвержен коррозии, но, как показала практика применения ЛБТВК в таких условиях, стальной замок корродирует значительно меньше, чем на стальной трубе. На сегодня трудно дать обоснование такому явлению, но можно предположить, что алюминиевая труба выполняет роль анодной защиты (протектора) для стального замка, что снижает интенсивность коррозии.Результаты коррозионных исследований алюминиевых сплавов в различных средах приведены в табл.

Табл. Коррозионная стойкость алюминиевых сплавов (скорость коррозии, г/м2 в час)

Немагнитные свойства

Немагнитные свойства алюминиевых сплавов позволяют проводить все возможные виды магнитного каротажа скважин внутри бурильной колонны. Это особенно важно для контроля работы телесистем при проведении корректировки профиля ствола горизонтальных скважин.Эти свойства позволяют использовать специальные беззамковые алюминиевые толстостенные трубы в качестве немагнитных корпусов телеметрических систем контроля забойных параметров. Замена стальных немагнитных корпусов (манелл) на алюминиевые трубы значительно сокращают затраты и повышают эксплуатационную надежность систем, особенно при проводке горизонтальных скважин.

Разбуриваемость

При ведении буровых работ приходится устанавливать цементные мосты и спускать «хвостовики» обсадных колонн на бурильных трубах. При этих операциях часто цементный раствор поднимается выше «башмака» бурильной колонны и при застывании прихватывает ее. Операция освобождения бурильной колонны от прихваченного цемента довольно неприятная, долговременная и квалифицируется как аварийная ситуация. Обычно ее ликвидируют путем разбуривания прихваченной части стальных труб специальными фрезами. При применении в нижней части бурильных колонн беззамковых алюминиевых бурильных труб при проведении операций цементирования значительно упрощает задачу, т. к. алюминиевые трубы легко разбуриваются обычным шарошечным долотом со скоростью 15 – 20 м/час. Приведенные особенности алюминиевых сплавов и их влияние на эффективность бурового процесса при использовании ЛБТВК в компоновке бурильной колонны наглядно демонстрируются в результатах сравнительных расчетов напряженно-деформированного состояния колонн при выполнении различных технологических операций в процессе бурения скважин. Ниже приведен пример такого расчета, выполненный компанией ООО «Акватик-Бурильные трубы» с применением программного обеспечения 3 DDT при бурении скважины №806 куста 5 на Ванкорском месторождении в Восточной Сибири:1. Исходные данные по скважине:
  • бурение долотом PDC Ф219,1 мм на отметке 3732 м, комбинированным способом;
  • расчетный профиль ствола – наклонный с горизонтальным окончанием, ОК Ф245 мм до 1965 м;
  • нагрузка на долото – 100кН, частота вращения БК- 90 об/мин., мех. скорость – 9,0 м/ч;
  • плотность раствора – 1140 кг/м3; расход раствора – 32 л/с.
2. Компоновка низа бурильной колонны (КНБК) 3. Компоновка бурильной колонны с применением стальных бурильных труб 4. Компоновка комбинированной бурильной колонны с применением ЛБТВК 5. Результаты сравнительного расчета

Рис. 2. Нагрузки при ликвидации прихвата

На рис. 2 приведена зависимость возможного доведения растягивающей нагрузки до прихваченной на забое 3732 м КНБК от нагрузки на крюке, при ликвидации прихвата силовым методом, для различных компоновок бурильной колонны.Практика применения ЛБТВК показала, что наибольшая их эффективность проявляется при глубине вертикального ствола скважин более 3000 м и для всех длин горизонтальных скважин. ЛБТВК следует применять при бурении скважин, в которых есть хоть одно из нижеперечисленных ограничений:
  1. Ограничение по грузоподъемности буровой установки.
  2. Необходимость снижения значений растягивающих нагрузок, крутящего момента и сложности в доведении осевой нагрузки на долото при бурении горизонтальных скважин.
  3. Потеря продольной устойчивости колонны при сжатии в процессе передачи нагрузки на долото при бурении горизонтальных участков скважин.
  4. Сложности пропуска бурильной колонны через участки с интенсивным искривлением ствола с малым радиусом.
  5. Повышенная коррозионная агрессивность раствора, и особенно при наличии в растворе сероводорода и углекислого газа.
  6. Трудность транспортировки бурильных труб на удаленные точки бурения.
  1. Файн Г.М. и др. Нефтяные трубы из легких сплавов. Недра, 1990.
  2. Басович В.С., Гельфгат М.Я., Файн Г.М. Состояние и перспективы применения изделий из алюминиевых сплавов в нефтегазодобывающей отрасли // Бурение и нефть. 2003. №4.
  1. G.M. Fayn et al. Oil pipes made of light alloys. “Bowels-entrails”. 1990.
  2. V.S. Basovich, M.Ya. Gelfgat, G.M. Fayn. Prospects & state of using aluminum alloys’ items in oil & gas producing industry // Drilling & oil. 2003. №4.

Комментарии посетителей сайта

Авторизация

Ключевые слова: ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод», ООО «Бурильные трубы», алюминиевые бурильные трубы, низкий удельный вес, высокая удельная прочность, виброгасящие свойства, коррозионная стойкость, легкая разбуриваемость

Keywords: Kamensk-Uralsky metallurgical works, Drill Pipes Ltd, aluminum drill pipes, low specific weight, high specific strength, anti-vibration properties, anti-corrosion ability, easy drilling-out

Просмотров статьи: 9071

burneft.ru


Смотрите также