5.3. Бурильные трубы
Бурильная труба представляет собой бесшовное изделие кольцевого сечения, полученное прокаткой. Между собой трубы соединяются посредством бурильных замков, состоящих из ниппеля и муфты, которые присоединяются к концам бурильной трубы с помощью резьбы или сварки. Свободные концы ниппеля и муфты бурильных замков снабжены крупной конической резьбой, благодаря которой сокращается продолжительность сборки и разборки бурильной колонны при спуско-подъемных операциях. Для предварительного соединения коротких труб используются соединительные муфты. Особенность бурильных труб — наличие высаженных концов. Вследствие высадки увеличивается поперечное сечение концевых участков, что позволяет ослабить влияние резьбы, являющейся источником концентрации напряжений, на усталостную прочность бурильной трубы.
Бурильные трубы изготовляют по ГОСТ 631—75, в котором регламентированы их сортамент, технические требования, правила приемки, методы испытания и маркировка их. Согласно ГОСТ 631—75, бурильные трубы изготовляют четырех типов:
1—с высаженными внутрь концами и муфтами к ним (рис. 5.2, а);
2 — с высаженными наружу концами и муфтами к ним (рис.5.2,б);
3 — с высаженными внутрь концами и коническими стабилизирующими поясками (рис. 5.2, в);
4— с высаженными наружу концами и коническими стабилизирующими поясками (рис. 5.2, г).
Т
рубы
3-го и 4-го типов обладают повышенной
прочностью и герметичностью, которую
обеспечивают внутренние упорные торцы,
конический стабилизирующий уплотнительный
поясок и
гладкий участок трубы за резьбой, воспринимающие знакопеременные изгибающие нагрузки.
Размеры и масса труб рассматриваемых типов приведены в табл. 5.1. Высаженные концы труб 3-го и 4-го типов на 15% длиннее труб 1-го и 2-го типов. Длина трубы определяется расстоянием между ее торцами, а при наличии навинченной муфты — расстоянием от свободного торца муфты до последней риски резьбы противоположного конца трубы. Бурильные трубы условным диаметром от 60 до 102 мм изготовляют длиной 6; 8 и 11,5 м, условным диаметром от 114 до 168 мм — длиной 11,5 м. В партии допускается до 25 % труб длиной 8 м и до 8 % длиной 6 м. Толщина стенки трубы изменяется за счет ее внутреннего диаметра, что позволяет ограничить номенклатуру ключей и инструмента для захвата и удержания труб.
Таблица 5.1
Основные размеры и масса бурильных труб (ГОСТ 631—75)
Условный диаметр трубы. мм |
Труба |
Муфта |
||||||
Наружный диаметр D, мм |
Толщина стенки s, мм |
Внутренний диаметр d, мм |
Масса 1м гладкой трубы, кг |
Масса двух высаженных конусов, кг |
Наружный
диаметр
|
Длина
|
Масса, кг |
|
1-й тип — трубы с высаженными внутрь концами и муфты к ним |
||||||||
60 |
60,3 |
7 |
46,3 |
9.15 |
1.2 |
80 |
140 |
2,7 |
|
|
9 |
42,3 |
11,3 |
1.4 |
|
|
|
73 |
73,0 |
7 |
59,0 |
11,4 |
1,6 |
95 |
166 |
4,2 |
|
|
9 |
55,0 |
14,2 |
2,4 |
|
|
|
|
|
11 |
51,0 |
16,8 |
2,2 |
|
|
|
89 |
89 |
7 |
75,0 |
14,2 |
2,4 |
108 |
166 |
4,4 |
|
|
9 |
71,0 |
17,8 |
3,4 |
|
|
|
|
|
11 |
67,0 |
21,2 |
3,2 |
|
|
|
102 |
101,6 |
7 |
87,6 |
16,4 |
3,0 |
127 |
184 |
7,0 |
|
|
8 |
85,6 |
18,5 |
3,4 |
|
|
|
|
|
9 |
83,6 |
20,4 |
3,8 |
|
|
|
|
|
10 |
81,6 |
22,4 |
4,0 |
|
|
|
114 |
114,3 |
7 |
100,3 |
18,5 |
4,6 |
140 |
204 |
9,0 |
|
|
8 |
98,3 |
20,9 |
5,8 |
|
|
|
|
|
9 |
96,3 |
23,3 |
6,0 |
|
|
|
|
|
10 |
94,3 |
25,7 |
6,6 |
|
|
|
|
|
11 |
92,3 |
28,0 |
6,4 |
|
|
|
127 |
127,0 |
7 |
113,0 |
20,7 |
5,8 |
152 |
204 |
10,0 |
|
|
8 |
111,0 |
23,5 |
6,4 |
|
|
|
|
|
9 |
109,0 |
26,2 |
7.0 |
|
|
|
|
|
10 |
107,0 |
28,9 |
7,6 |
|
|
|
140 |
139,7 |
8 |
123,7 |
26 |
7,0 |
171 |
215 |
14,0 |
|
|
9 |
121,7 |
29 |
7,6 |
|
|
|
|
|
10 |
119,7 |
32 |
8,2 |
|
|
|
|
|
11 |
117,7 |
35 |
9,6 |
|
|
|
168 |
168,3 |
9 |
150,3 |
35,3 |
9,8 |
197 |
229 |
16,7 |
|
|
10 |
148,3 |
39,0 |
10,8 |
|
|
|
2-й тип — трубы с высаженными наружу концами и муфты к ним |
||||||||
80 |
60,3 |
7 |
46,3 |
9,15 |
1,5 |
86 |
140 |
2,7 |
|
|
. 9 |
42,3 |
11,3 |
1.5 |
|
|
|
73 |
73,0 |
7 |
59,0 |
11,4 |
|
105 |
165 |
4,7 |
|
|
9 |
55,0 |
14,2 |
2,5 |
|
|
|
|
|
11 |
51,0 |
16,8 |
|
|
|
|
89 |
89,0 |
7 |
75,0 |
14,2 |
|
118 |
165 |
5,2 |
|
|
9 |
71,0 |
17,8 |
3,5 |
|
|
|
|
|
И |
67,0 |
21,2 |
|
|
|
|
102 |
101,6 |
8 |
85,6 |
18,5 |
|
|
|
|
|
|
9 |
83,6 |
20,4 |
4,5 |
140 |
204 |
9,0 |
|
|
10 |
81,6 |
22,4 |
|
|
|
|
114 |
114,3 |
8 |
98,3 |
20,9 |
|
|
|
|
|
|
9 |
96,3 |
23,3 |
5,0 |
152 |
204 |
11,0 |
|
|
10 |
94,3 |
25,7 |
|
|
|
|
|
|
И |
92,3 |
28,0 |
|
|
|
|
140 |
139,7 |
8 |
123,7 |
26,0 |
|
|
|
|
|
|
9 |
121,7 |
29,0 |
7,0 |
185 |
215 |
15.0 |
|
|
10 |
119,7 |
32,0 |
|
|
|
|
|
|
11 |
117,7 |
35,0 |
|
|
|
|
,
мм
,
мм
Условный диаметр трубы, мм |
Труба |
Муфта |
||||||
Наружный диаметр D, мм |
Толщина стенки s, мм |
Внутренний диаметр d, мм |
Масса 1 м гладкой трубы, кг |
Масса двух высаженных конусов, кг |
Наружный диаметр , мм |
Длина , мм |
Масса, кг |
|
3-й тип — трубы с высаженными внутрь концами и коническими стабилизирующими поясками |
||||||||
89 |
89,0 |
9 |
71,0 |
17,8 |
3.9 |
|
|
|
|
|
11 |
67,0 |
21,2 |
3,4 |
|
|
|
102 |
101,6 |
9 |
83.6 |
20,4 |
5,1 |
|
|
|
|
|
10 |
81,6 |
22,4 |
5,0 |
|
|
|
114 |
114,3 |
9 |
96,3 |
23,3 |
7.3 |
|
|
|
|
|
10 |
94,3 |
25,7 |
7,1 |
|
|
|
|
|
И |
92,3 |
28,0 |
6,9 |
|
|
|
127 |
127,0 |
9 |
109,0 |
26,2 |
7,8 |
|
|
|
|
|
10 |
107,0 |
28,9 |
7,6 |
|
|
|
140 |
139,7 |
9 |
121,7 |
29,0 |
11,0 |
|
|
|
|
|
10 |
119,7 |
32,0 |
10,2 |
|
|
|
|
|
11 |
117,7 |
35,0 - |
9,2 |
|
|
|
4-й тип — трубы с высаженными наружу концами и коническими стабилизирующими поясками |
||||||||
73 |
73,0 |
9 |
55,0 |
14,2 |
3.7 |
|
|
|
|
|
И |
51,0 |
16,8 |
|
|
|
|
89 |
89,0 |
9 |
71,0 |
17,8 |
4,5 |
|
|
|
|
|
11 |
67,0 |
21,2 |
|
|
|
|
102 |
101,6 |
9 |
83,6 |
20,4 |
5,7 |
|
|
|
|
|
10 |
81,6 |
22,4 |
|
|
|
|
|
114,3 |
9 |
96,3 |
23,3 |
|
|
|
|
|
|
10 |
94,3 |
25,7 |
7,9 |
|
|
|
|
|
11 |
92,3 |
28,0 |
|
|
|
|
По предельным отклонениям размеров бурильные трубы 1-го и 2-го типов подразделяются на трубы обычной и повышенной точности изготовления. Условное обозначение бурильных труб включает вид высадки (В — тип 1 и Н-тип 2); точность изготовления
Рис. 5.3. Замки для бурильных труб:
1 — ниппель; 2 — муфта
(П — повышенная точность изготовления); букву К — для труб типов 3 и 4; условный диаметр трубы; толщину стенки; группу прочности; обозначение стандарта. Например, бурильная труба 1-го типа повышенной точности изготовления, условным диаметром 114 мм, с толщиной стенки 9 мм, из стали группы прочности Д: труба ВП-114Х9-Д ГОСТ 631—75.
Для бурильных труб с высаженными концами изготовляют замки трех типов (рис. 5.3, а), отличающиеся гидравлическими и прочностными характеристиками:
ЗН — замок с нормальным проходным отверстием;
ЗШ — замок с широким проходным отверстием;
ЗУ — замок с увеличенным проходным отверстием.
Наиболее распространены замки типа ЗШ. Замки ЗУ используются в бурильных трубах с высаженными наружу концами. Для бурильных труб 3-го и 4-го типов используются замки ЗШК и ЗУК (рис. 5.3, б), отличающиеся от ЗШ и ЗУ конической расточкой со стороны резьбы для соединения ниппеля и муфты замка с бурильной трубой. Замки крепят на бурильных трубах горячим способом (нагрев до 400—450 °С) с натягом по резьбе и стабилизирующему пояску.
В табл. 5.2 приведены основные размеры замков (ГОСТ 5286—75) бурильных труб 1-го и 2-го типов.
Из других разновидностей наиболее перспективны бурильные трубы ТБПВ с приваренными соединительными концами (рис. 5.4). В отличие от труб, выпускаемых по ГОСТ 631—75, замки с этими трубами соединяются не на резьбе, а с помощью контактной сварки.
Рис. 5.4. Бурильные трубы с приваренными соединительными концами с наружной высадкой ТБПВ
Таблица 5.2
Основные размеры замков (в мм)
Типо размер |
Замковая резьба |
Tan a диаметр трубы |
Наружный диаметр |
Диаметр проходного отверстая |
Замок в собранном виде |
||
|
|
Длина L |
Масса, кг |
||||
ЗН-80 |
3-62 |
1—60 |
80 |
25 |
36 |
410 |
12 |
ЗН-95 |
3-76 |
1—73 |
95 |
32 |
45 |
432 |
16 |
ЗН-108 |
3-88 |
1—89 |
108 |
38 |
58 |
454 |
20 |
ЗН-113 |
3-88 |
1—89 |
113 |
38 |
58 |
454 |
23 |
ЗШ-108 |
3-92 |
1—73 |
108 |
54 |
54 |
432 |
20 |
ЗШ-118 |
3-101 |
1—89 |
118 |
62 |
62 |
454 |
23 |
ЗШ-133 |
3-108 |
1—102 |
133 |
71 |
71 |
496 |
34 |
ЗШ-146 |
3-121 |
1—114 |
146 |
80 |
80 |
508 |
38 |
ЗШ-178 |
3-147 |
1—140 |
178 |
101 |
101 |
573 |
61 |
ЗШ-203 |
3-171 |
1—168 |
203 |
127 |
127 |
603 |
73 |
ЗУ-86 |
3-73 |
2—60 |
86 |
44 |
44 |
406 |
13 |
ЗУ-146 |
3-121 |
2—102 |
146 |
82 |
82 |
508 |
35 |
ЗУ-155 |
3-133 |
2—114 |
155 |
95 |
105 |
541 |
41 |
ЗУ-185 |
3-161 |
2—140 |
185 |
120 |
132 |
568 |
56 |
Таблица 5.3
Характеристика легкосплавных бурильных труб
Показатели |
Наружный диаметр трубы, мм |
||||||
73 |
93 |
114 |
129 |
147 |
|||
Толщина стенки, мм |
|||||||
9 |
9 |
10 |
9 |
11 |
9 |
11 |
|
Диаметр замка, мм |
90 |
110 |
136 |
152 |
152 |
172 |
172 |
Внутренний диаметр, мм: Трубы замка |
41 |
61 |
80 |
95 |
95 |
112 |
112 |
41 |
61 |
80 |
95 |
95 |
110 |
110 |
|
Длина трубы, м: без замка с замком |
9 |
9 |
12 |
12 |
12 |
12 |
12 |
9,25 |
9,25 |
12,25 |
12,27 |
12,27 |
12,27 |
12,27 |
|
Масса 1 м трубы с учетом массы замка, кг |
6,8 |
8,4 |
11,0 |
11,8 |
14,3 |
14,4 |
16,5 |
Допускаемая растягивающая нагрузка, кН |
470 |
620 |
850 |
900 |
1100 |
1000 |
1240 |
Допускаемое давление, МПа: внутреннее наружное |
54 |
52 |
40 |
35 |
45 |
31 |
38 |
51 |
37 |
31 |
24 |
34 |
18 |
27 |
|
Допускаемый крутящий момент, кНм |
6,5 |
12,0 |
20,0 |
26,0 |
29,0 |
32,5 |
38,0 |
Трубы с приваренными концами обладают более благоприятной гидравлической характеристикой. Прочность сварного шва после нормализации и обкатки роликами достигает прочности тела трубы. Смещение оси соединительных концов относительно оси трубы не должно превышать 0,75 мм, а перекос осей — не более 3,5 мм на 1 м.
Трубы ТБПВ изготовляют по нормали Н504—60, согласно которой номинальная длина труб L=12,4 и 13,5 м; диаметр труб D = 73; 89; 114; 127 и 146 мм. Производство бурильных труб диаметром 114 и 127 мм с приваренными концами освоено Азербайджанским трубопрокатным и Никопольским южнотрубным заводами.
Легкосплавные бурильные трубы имеют высаженные внутрь концы и облегченные стальные замки. Известны беззамковые легкосплавные бурильные трубы, на утолщенных концах которых нарезается замковая резьба. Технические показатели бурильных труб из сплава Д16-Т приведены в табл. 5.3.
В зарубежной практике для повышения коррозионно-уста-лостной прочности и уменьшения гидравлических сопротивлений на внутреннюю поверхность бурильных труб наносят пластмассовое покрытие толщиной 0,125 мм.