Глава 5 бурильная колонна

5.1. Назначение, состав и основные требования

Бурильная колонна предназначена для выполнения следующих основных функций:

• передачи вращения от ротора породоразрушающему инструменту;

• передачи неподвижному столу ротора реактивного крутящего момента, возникающего при бурении скважины забойными двигателями;

• создания на долото осевой нагрузки;

• подвода промывочной жидкости для очистки забоя скважины от выбуренной породы, а также для привода забойных гидравлических двигателей;

• подъема кернового материала и спуска аппаратуры для исследований в стволе скважины;

• проработки и расширения ствола скважины, испытания пластов, ликвидации аварий в скважине.

Бурильная колонна состоит из ведущей трубы, бурильных труб и утяжеленных бурильных труб, соединяемых бурильными замками, муфтами и переводниками. Ведущая труба соединяется с вертлюгом и посредством зажимов взаимодействует с ротором буровой установки. Утяжеленные бурильные трубы устанавливают в нижней части колонны, и они служат для создания осевой нагрузки на долото. При бурении в осложненных условиях, кроме утяжеленных труб, в нижней части колонны устанавливают калибраторы, центраторы, стабилизаторы и другие устройства, предупреждающие искривление скважины. Между ведущей и утяжеленными трубами находятся бурильные трубы, составляющие большую часть бурильной колонны. Для сокращения операций свинчивания и развинчивания, вызывающих износ резьбовых соединений, бурильная колонна делится на свечи, состоящие из нескольких труб. Длина свечи ограничивается ее продольной устойчивостью при осевом сжатии под действием собственного веса и высотой вышки.

Компоновку бурильной колонны выбирают исходя из конструкции скважины, способа бурения и горно-геологических условий. Для предотвращения поломок бурильные колонны должны обладать регламентированными запасами статической прочности и сопротивления усталости. При выборе конструкции колонны необходимо стремиться к оптимальному сочетанию ее прочности и массы. Уменьшение массы бурильной колонны за счет применения высокопрочных, а также легкосплавных бурильных труб способствует благоприятному нагружению подъемной части буровой установки. Жесткость бурильной колонны должна быть достаточной для предотвращения ее продольного изгиба под действием осевого сжатия, вращения и крутящего момента.

Уменьшение диаметра бурильной колонны и резкие переходы в ее проходном канале приводят к увеличению гидравлических сопротивлений и, следовательно, давления буровых насосов. В результате этого возрастает износ поршней, втулок, клапанов и других деталей буровых насосов, контактирующих с промывочным раствором. Таким образом, масса и диаметр бурильной колонны должны удовлетворять требованиям, определяющим наиболее благоприятный режим эксплуатации подъемного механизма и буровых насосов. Производство высокопрочных и легких бурильных труб — важная предпосылка повышения эффективности бурения и технико-экономических показателей буровых установок.

5.2. Ведущие трубы

Ведущие трубы имеют квадратный, шестигранный либо крестообразный профиль с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода промывочного раствора. Благодаря граненой поверхности облегчается взаимодействие ведущей трубы и ротора и обеспечивается осевое перемещение бурильной колонны в процессе бурения скважины. На концах ведущих труб нарезается левая и правая наружные конические резьбы треугольного профиля. Левая коническая резьба используется для навинчивания верхнего переводника ПШВ, соединяющего ведущую трубу с вертлюгом. Правая коническая резьба используется для нижнего переводника ПШН, соединяющего ведущую трубу с бурильной колонной. Для обеспечения возможности наращивания бурильной колонны ведущая труба по длине должна быть больше бурильной трубы.

На практике преимущественно распространены ведущие трубы с квадратным профилем (рис. 5.2), конструктивные размеры которых регламентируются ТУ 14-3-126—73 и нормалью Н293—49.

Основные технические данные ведущих труб, изготовляемых согласно ТУ 14-8126—73

Диаметры трубы, мм	114	140	168
Сторона квадрата а, мм	112	140	155
Радиус при вершине квадрата R, мм	20±3	20±3	20±3
Диаметр канала d, мм	74±4	85±5	100±5
Диаметр проточки под элеватор , мм	114	141	160
Диаметр цилиндрической проточки , мм	110±0,5	135±0,5	150±0,5
Длина резьбы G (включая сбег), мм	65	110	133
Длина трубы L, м	13—2,5	14+2,5	14+2,5
Масса 1 м трубы, кг	65,6	106,6	124,3

Ведущие трубы изготовляют из стали групп прочности Д и К, переводники — из стали марки 40ХН (ГОСТ 4543—71) либо из стали марки 45 (ГОСТ 1050—74).

Помимо указанных применяются ведущие трубы со стороной квадрата 65 и 80 мм, имеющие высаженные концы, на которых нарезается внутренняя коническая левая и правая резьба для переводников к вертлюгу и бурильной трубе. Ведущие трубы этой конструкции, называемые двухраструбными, изготовляют путем вытяжки (редуцирования) из круглой толстостенной трубы и отличаются тем, что имеют квадратное проходное сечение. Основные технические данные двухраструбных ведущих труб соответствуют нормали Н293—49 [40].

Ведущие трубы типа ТВКП диаметрами 112, 140 и 155 мм имеют конические стабилизирующие пояски и переводники на трапецеидальной резьбе (ТУ 39-01-04-392—78), изготовляются из горячекатаной термообработанной трубы [40]. Трубы типа ТВКП выгодно отличаются от труб с высаженными концами технологией изготовления и усталостной прочностью резьбовых соединений.