Лекция 4 Технологический инструмент для колонкового бурения

Буровой инструмент, служащий для бурения скважины, называется технологическим. К нему относятся породоразрушающий инструмент, колонковые трубы, переходники, бурильные трубы и их соединения, утяжеленные бурильные трубы, шламовые трубы, расширители, кернорватели, буровые сальники.

Технологический буровой инструмент, соединенный в определенной последовательности, называется буровым снарядом. Состав бурового снаряда зависит от способа бурения и особенностей скважины.

Буровые коронки для колонкового бурения представляют собой стальное кольцо, имеющее резьбу для присоединения к колонковой трубе. На наружной поверхности коронок имеются пазы для прохода промывочной жидкости.

Внутренняя поверхность выполнена конусной. При колонковом бурении используют твердосплавные и алмазные коронки. У твердосплавных коронок к корпусу прикреплены резцы из твердого сплава, у алмазных – матрица, содержащая алмазные зерна.

Для заклинивания керна применяют кернорватели, состоящие из конического разрезного пружинного кольца и корпуса кернорвателя. Кернорватель располагается между коронкой и колонковой трубой. При заклинивании пружинное кольцо входит в конусную часть коронки и зажимает керн. Если кернорватель отсутствует, то керн заклинивают, заполняя конусную часть коронки заклиночным материалом.

Расширители применяются для предохранения скважины от сужения, связанного с износом коронок по наружному диаметру. Они представляют собой цилиндр, на наружной поверхности которого имеются режущие элементы – твердосплавные вставки или алмазосодержащие штабики. Диаметр расширителя должен быть на 0,05-0,1 мм больше наружного диаметра коронки. В расширителях РМВ-2 корпус расширителя используется и как корпус кернорвателя.

Алмазные калибровочные расширители РМВ-1, РМВ-2, РМВ-К-76/03.

Колонковые трубы – предназначены для приема выбуриваемого керна и служат для обеспечения необходимого направления скважины. Колонковые трубы изготовляются из цельнотянутых стальных трубных заготовок, на обоих концах трубы нарезается внутренняя трапециедальная резьба с шагом 4 мм для соединения с коронкой. Длина колонковых труб 1,5; 3; 4; 6 м. При бурении глубоких скважин колонковый набор собирают длиной до 30 м. В этом случае колонковые трубы соединяются с помощью ниппелей, имеющих на концах наружную резьбу. Наружный диаметр колонковых труб от 34 до 146 мм.

Переходники служат для соединения колонны бурильных труб с колонковой трубой. Трубные переходники выпускаются двух видов: фрезерные и тройные. Фрезерные служат для соединения бурильных труб с колонковыми. Тройным переходником нижний конец бурильной колонны соединяется с колонковой и шламовой трубами.

Бурильные трубы служат для передачи вращения от вращателя станка породоразрушающему инструменту. По бурильной колонне к забою передается промывочная жидкость или сжатый воздух. Через бурильные трубы передается осевая нагрузка, необходимая для эффективной работы инструмента. Кроме того, бурильная колонна используется для работы с аварийным инструментом.

Бурильные трубы изготовляются бесшовными из качественных сталей марок Д, 36Г2С, 40Х, 30ХГС. Трубы при изготовлении подвергаются термической обработке – нормализации или закалке с высоким отпуском. Для того, чтобы трубы не были ослаблены в резьбовом соединении, концы их утолщают.

Бурильные трубы для разведочного бурения выпускаются ниппельного и муфтового соединения. В свече трубы соединяются муфтами, а свечи между собою бурильными замками. Бурильные трубы муфтового соединения имеют наружные конусные резьбы.

Бурильные трубы для ниппельного соединения имеют внутренние резьбы трапециедальной формы. В свече трубы соединяются однопрорезными ниппелями. Свечи соединяются между собой при помощи однопрорезного и двухпрорезного ниппелей. Два ниппеля образуют ниппельный замок.

Бурильные трубы в процессе бурения трутся о стенки скважины и подвергаются поверхностному износу. С целью поверхностного упрочнения труб целесообразно производить поверхностную закалку труб токами высокой частоты.

Тяжелые условия работы бурильной колонны нередко приводят к обрыву бурльных труб. Обычно трубы рвутся по резьбовому соединению и в местах высадки.

Легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ). Бурильные трубы, изготовленные из легких сплавов в 2,2-2,5 раза легче, чем стальные трубы такого же размера. При погружении в промывочную жидкость стальные трубы теряют 13% от массы, а трубы из алюминиевых сплавов облегчаются на 36%. Соответственно уменьшается мощность при извлечении бурильной колонны из скважины.

Применение ЛБТ позволяет: 1) сократить расход мощности на спуско-подъемные операции и на вращение бурильной колонны; 2) сократить затраты времени на спуско-подъемные операции; 3) облегчить труд и повысить производительность буровой бригады.

В настоящее время выпускаются ЛБТ диаметрами 24, 34, 42 и 54 мм. Трубы готовятся из алюминиевого сплава Д16Т с высокими механическими свойствами.

Краткая характеристика ЛБТ:

• наружный диаметр 24, 34, 42, 54 мм

• толщина стенки 4, 5, 7, 9 мм

• тип соединения – стальными ниппелями и муфтами

• масса 1 м труб (кг) 0,7; 1,55; 3,8; 4,4

Утяжеленные бурильные трубы. Для увеличения массы и жесткости нижней части бурильной колонны применяются утяжеленные бурильные трубы (УБТ). Включение в буровой снаряд утяжеленных бурильных труб, особенно при бурении глубоких скважин, улучшает условия работы колонны, уменьшает искривление скважины. Утяжеленные бурильные трубы изготовляются из толстостенных трубных заготовок стали марки 40Х с высаженными концами. Трубы имеют длину 4,5 м и наружный диаметр 73, 89 и 108 мм. Масса 1 метра УБТ соответственно 25,6; 36,0; 52,0 кг. Утяжеленные трубы располагаются между колонковым снарядом или долотом и колонной бурильных труб. Масса УБТ должна превосходить нагрузку на забой на 25-50%.

Шламовые трубы применяют для улавливания крупных и тяжелых частиц шлама. Шламовые трубы изготовляются из тех же заготовок, что и колонковые трубы. Нижний конец шламовой трубы имеет левую резьбу для соединения с тройным переходником. Верхний конец трубы срезан под углом и загнут внутрь для того, чтобы при подъеме шламовая труба не упиралась в башмак обсадных труб. Улавливание шлама происходит в результате того, что у верхней кромки трубы из-за изменения сечения резко падает скорость движения восходящего потока промывочной жидкости. Частицы шлама, попадая в шламовую трубу, оседают в ней. Длина шламовой трубы определяется с учетом размещения в ней объема шлама, получаемого за рейс. Шламовую трубу включают в снаряд при большой разности диаметров скважины и бурильных труб, а также при дробовом бурении, когда образуется много тяжелых металлических частиц.

Обсадные трубы. При колонковом бурении применяются бесшовные цельнотянутые обсадные трубы с гладкой наружной поверхностью, соединяемые ниппелями. Обсадные трубы изготовляются из той же трубной заготовки, что и колонковые, и отличаются от них только длиной резьбы, равной 60 мм.

При неглубоком бурении обсадные трубы малого диаметра соединяются без ниппелей посредством резьбы, нарезаемой снаружи на одном конце трубы и внутри на другом.