Назначение и состав бурильной колонны

Герметичность безупорного соединения трубы с замковой деталью обеспечивается за счет натяга, упругого деформиро­вания витков резьбы и вязкой смазки.

Для соединения труб с высаженными концами применяют замки трех типов: ЗН, ЗШ и ЗУ — соответственно с нормаль­ным, широким и увеличенным проходным отверстием. Замки ЗН предназначены для труб исключительно с высадкой внутрь, а ЗШ и ЗУ — и с высадкой внутрь, и с высадкой на­ружу в зависимости от диаметра труб. Диаметр проточного канала в ниппеле замка ЗН в 1,5 — 2 раза меньше, чем в тру­бах, что создает повышенные гидравлические сопротивления по сравнению с замками ЗШ и ЗУ. В наиболее ходовых тру­бах (диаметром 114 мм и выше) это отношение составляет 1,58 — 1,72, а для замков типа ЗШ и труб диаметром 114 — 140 мм оно равно 1,10— 1,25.

С позиций величины гидравлических сопротивлений зна­чение имеет также диаметр внутренней высадки. Для наибо­лее часто используемых в глубоком бурении труб (диаметром 114—168 мм) между проходным диаметром ниппеля d„, вы­садки d_B, муфты d_M и трубы d_T с высадкой внутрь выполняют­ся следующие соотношения:

для замков ЗН d_H < d_B^ d_M < d_T;

для замков ЗШ и ЗУ d_B < d_H = d_M < d_T.

В целом трубы с высадкой внутрь обусловливают в 1,5 — 4 раза больше гидравлические потери по сравнению с труба­ми с высадкой наружу и замками ЗУ. Поэтому рекомендуется применять их только при роторном бурении. Замки ЗУ в со­четании с трубами с высадкой наружу обеспечивают при­мерно равное проходное сечение и минимальные гидравличе­ские потери в колонне, благодаря чему пригодны для бурения с гидравлическими забойными двигателями. Для них справед­ливо соотношение d„ & d_M& d_T.

Бурильные замки изготовляют в соответствии с ГОСТ 5286-75 следующих типоразмеров: ЗН-80, 95, 108, 113, 140, 172 и 197; ЗШ-108, 118, 133, 146, 178 и 203; ЗУ-86, 120, 146, 155 и 185. Цифры означают наружный диаметр замка в милли­метрах.

Бурильные трубы и муфты изготовляют из высококачест­венных углеродистых (марки 45) или легированных сталей марок 38 ХНМ, 36Г2С, 35Г2СВ и др. Для обозначения мате­риала труб принят термин «группа прочности». Группа проч­ности стали — это условный индекс, введенный для упроще­ния обозначения прочностных характеристик стали. Напри­мер, в сталь группы прочности Д входит примерно 0,48 % уг­лерода, 0,17 — 0,37 % кремния, 0,65 — 0,90 % марганца. Строгий химический состав ГОСТом не регламентируется, однако ог­раничивается содержание вредных примесей серы и фосфоpa (< 0,045 % каждой). Всего принято 7 групп прочности: Д, К, Е, Л, М, Р, Т. Трубы групп прочности, кроме Л, изготовляют из легированных сталей, подвергают нормализации с отпус­ком; Л — из углеродистой стали, подвергают закалке с отпус­ком. Замки к ним изготовляют из сталей марок 40 ХН или 45, или (если прочность материала трубы выше прочности сталей 40ХН или 45) из того же материала, что и трубы. В любом случае прочность материала замка не должна уступать проч­ности материала трубы.

Наиболее важные показатели механических свойств при­ведены в табл. 2.

Для проверки качества труб и муфт их материал подверга­ется испытанию на растяжение и ударную вязкость, а тру­ба — на сплющивание. Муфты для труб диаметром 114 мм и менее поставляют обычно из стали следующей группы проч­ности, а для труб свыше 114 мм — из стали той же группы прочности. Поверхности замков армируются твердым спла­вом, резко повышающим их твердость и износостойкость.

Практика эксплуатации бурильных труб, муфт и замков рассмотренных конструкций показала, что резьбовые соеди­нения имеют недостаточную усталостную прочность и герме­тичность. Для упрочнения и герметизации этого узла разра­ботаны трубы со стабилизирующими поясками с высадкой внутрь типа ВК (рис. 7, а) и высадкой наружу типа НК (рис. 7, б) с замками к ним соответственно типов- ЗШК и ЗУК. Отличительной особенностью труб и замков данной конструкции является наличие наружного конического ста­билизирующего пояска непосредственно за резьбовой частью трубы, внутренних упорных уступов и внутренних кольцевых выточек в деталях замка и применение конической трапецеидальной резьбы типа ТТ с конусностью 1:32, углом при вер­шине 30° и шагом 5,08 мм (рис. 8) вместо треугольной. Ос­новные размеры труб 3 и 4 типов приведены также в табл. 1.1. Замки выпускаются типоразмеров: ЗШК-118, 133, 178, ЗУК-108, 120, 146, 162.

Таблица 2 Наиболее важные показатели механических свойств сталей

Показатели механических	Значения показателей для сталей групп прочности по ГОСТ 631-75	Для изготовления замков
свойств сталей	Д К Е Л М Р Т	40ХН 45
Временное со­противление раз­рыву, МПа	637 686 735 784 883 981 1080	765 687
Предел текуче­сти, МПа	372 490 540 637 736 883 981	563 441
Ударная вяз­кость, кДж/м2	392 392 392 392 392 294 294	785 490
Твердость по Бринеллю, НВ		255-321 217-285