Эксплуатация бурильных труб
Бурильные трубы относятся к наиболее нагруженным элементам буровой колонны. Во время проходки они одновременно воспринимают растягивающие и сжимающие усилия, крутящий момент, изгиб, вибрационные и динамические нагрузки. Через внутренний канал труб подается промывочная жидкость, а резьбовые и замковые соединения многократно свинчиваются и развинчиваются при спуско-подъемных операциях. Поэтому фактический ресурс бурильной колонны определяется не только исходной прочностью металла, но и правильностью подбора типоразмера, состоянием замков, качеством сборки, режимом бурения и организацией технического контроля.
Особенно важно соблюдать требования к эксплуатации при геологоразведочном колонковом бурении, где колонна может работать на значительной глубине, а нарушение герметичности, появление усталостной трещины или разрушение резьбового соединения способно привести к аварии и необходимости проведения сложных ловильных работ.
В ассортименте завода бурового инструмента «Геобурмаш» представлены, в частности, универсальные стальные бурильные трубы ТБСУ с приварными замками. ТБСУ применяются при алмазном и твердосплавном колонковом, шарошечном и ударно-вращательном бурении. Для них предусмотрены типоразмеры с наружными диаметрами 43; 55; 63,5; 70 и 85 мм и различной толщиной стенки. Длина отдельных исполнений может составлять от 0,7 до 6,2 м по согласованию с заказчиком.
Эксплуатация таких изделий должна строиться по принципу сохранения расчетной прочности всей колонны: от состояния тела каждой трубы до качества последнего резьбового соединения.
1. Технические требования
Техническое состояние бурильной трубы оценивают комплексно. Недостаточно проверить только наружный диаметр или отсутствие заметных повреждений. Для безопасной работы необходимо учитывать геометрию трубы, остаточную толщину стенки, прямолинейность, состояние замковых соединений, сварных участков, упорных поверхностей и резьбы.
Перед вводом труб в эксплуатацию желательно сформировать комплекты по типу, диаметру, конструкции соединения и основным геометрическим параметрам. Смешивание в одной рабочей секции несовместимых или существенно отличающихся по жесткости труб повышает вероятность локальных напряжений, вибрации и ускоренного износа соединений.
1.1. Основные параметры и характеристики
Главные эксплуатационные параметры бурильной трубы — наружный диаметр, толщина стенки, длина, внутреннее проходное сечение, конструкция замка и допустимый момент затяжки соединения.
Для ТБСУ приведены следующие основные типоразмеры:
- ТБСУ-43 — наружный диаметр тела 43 мм;
- ТБСУ-55 — 55 мм;
- ТБСУ-63,5 — 63,5 мм;
- ТБСУ-70 — 70 мм;
- ТБСУ-85 — 85 мм.
Для этих исполнений предусмотрена толщина стенки 3,5; 4,5 или 6,0 мм в зависимости от типоразмера и комплектации. Номинальный наружный диаметр замка увеличивается относительно тела трубы: например, для ТБСУ-43 он составляет 43,5 мм, для ТБСУ-70 — 70,5 мм, для ТБСУ-85 — 85,5 мм.
Размер трубы выбирают не изолированно, а с учетом конструкции скважины, диаметра бурового инструмента, глубины, способа бурения, требуемого расхода промывочной жидкости и мощности буровой установки.
С увеличением наружного диаметра и толщины стенки возрастает масса колонны и нагрузка на подъемное оборудование, однако одновременно повышаются жесткость и несущая способность трубы. Тонкостенное исполнение позволяет уменьшить массу колонны, но требует более строгого контроля износа стенки.
Отдельное значение имеет момент затяжки замкового соединения. Для ТБСУ указаны значения от 700 Н·м для ТБСУ-43 до 4700 Н·м для ТБСУ-85 с допустимым отклонением ±5%. Для ТБСУ-55 указан момент 1600 Н·м, ТБСУ-63,5 — 2300 Н·м, ТБСУ-70 — 3000 Н·м.
Эти значения нельзя произвольно увеличивать «для надежности». Чрезмерная затяжка вызывает перегрузку резьбы и контактных поверхностей, а недостаточная создает условия для микроперемещений, разбивания соединения и самопроизвольного ослабления замка.
1.2. Требования к материалам
Материал тела трубы должен обеспечивать сочетание прочности, пластичности, сопротивления усталостному разрушению и достаточной технологичности. В эксплуатации бурильная колонна постоянно подвергается переменным нагрузкам, поэтому оценивать пригодность стали только по пределу прочности неправильно.
Не менее важны сопротивление циклическому изгибу, качество термообработки, однородность структуры металла и отсутствие внутренних дефектов.
Подобное разделение материалов связано с различием условий работы элементов. Корпус трубы испытывает прежде всего продольные, изгибающие и крутящие нагрузки, тогда как замковые детали дополнительно подвергаются интенсивному контактному износу в зоне резьбы и рабочих поверхностей.
При эксплуатации не рекомендуется самостоятельно выполнять сварочные, термические или восстановительные операции без технологии, согласованной с изготовителем. Локальный нагрев способен изменить структуру металла, создать участок с иными механическими свойствами и сформировать концентрацию напряжений. Особенно опасен неконтролируемый ремонт в непосредственной близости от замкового соединения или заводского сварного шва.
1.3. Требования к точности
Точность изготовления бурильных труб напрямую связана с устойчивостью колонны при вращении. Даже небольшая кривизна отдельного элемента при высокой частоте вращения создает дополнительную радиальную нагрузку, вызывает биение и ускоряет усталостное разрушение металла.
Контролю подлежат:
- наружный и внутренний диаметры;
- толщина стенки;
- длина;
- прямолинейность тела трубы;
- соосность трубы и замкового соединения;
- параметры резьбы;
- геометрия упорных поверхностей и участков под ключ.
Прямолинейность необходимо оценивать не только визуально. Труба с заметным остаточным изгибом не должна возвращаться в рабочую колонну без проверки. При вращении такой элемент создает переменный изгибающий момент, который особенно опасен на значительной глубине.
Необходимо также контролировать овальность. Неравномерный износ наружной поверхности или деформация поперечного сечения означает, что остаточная несущая способность трубы может отличаться от расчетной даже при приемлемом минимальном диаметре на одном участке.
При контроле резьбовых соединений применяют соответствующие измерительные средства и калибры. Образовательная практика эксплуатации бурильных колонн также предусматривает контроль прямолинейности труб и проверку резьб калибрами после очистки соединений.
1.4. Требования к качеству поверхностей
Поверхность трубы — один из источников информации о ее фактическом техническом состоянии. При осмотре необходимо обращать внимание не только на крупные повреждения, но и на локальные дефекты, которые могут стать концентраторами напряжений.
Недопустимыми или требующими дополнительной оценки являются трещины, глубокие продольные и поперечные риски, значительные вмятины, задиры, участки интенсивной коррозии, промывы стенки и выраженные следы абразивного износа.
Особого внимания требуют переходы от тела трубы к замковой части. Резкое изменение жесткости конструкции само по себе создает повышенный уровень напряжений, поэтому дефекты в этой зоне потенциально опаснее аналогичных повреждений на ненагруженном участке.
У труб ТБСУ отдельно контролируется состояние сварного соединения замка с трубой. Не допускаются видимые трещины, раскрытия, признаки нарушения целостности шва или существенная деформация прилегающего участка.
Резьба должна быть чистой, без забоин, сорванных витков, металлической стружки и следов интенсивного задира. Даже небольшая металлическая частица при затяжке может повредить рабочие поверхности и нарушить правильную посадку соединения.
1.5. Покрытие
Защитное покрытие бурильной трубы не является заменой качественного материала и правильного хранения, но уменьшает воздействие атмосферной влаги на период транспортировки и складирования.
Особое значение имеет консервация резьбовых и сопрягаемых поверхностей. Если трубы выводятся из эксплуатации на продолжительный срок, резьбу необходимо очистить, высушить и защитить составом, рекомендованным изготовителем или эксплуатационной документацией.
Перед возвращением оборудования в работу остатки старого загрязненного защитного состава удаляют. Свинчивать соединения поверх затвердевшей смазки, песка или продуктов коррозии нельзя.
Во время эксплуатации применяют смазку, предназначенную именно для соответствующих резьбовых соединений бурового инструмента. Она снижает трение, уменьшает риск задира, облегчает последующее развинчивание и способствует стабильной работе резьбовой пары.
Смешивание различных составов без проверки их совместимости нежелательно. В результате взаимодействия компонентов возможно изменение вязкости и противозадирных свойств смазочного материала.
1.6. Комплектность
Бурильные трубы целесообразно эксплуатировать в составе сформированных комплектов. При комплектации учитываются тип трубы, наружный диаметр, толщина стенки, длина, конструкция и состояние замковых соединений.
При формировании колонны важно исключить случайное соединение деталей несовместимых стандартов или типоразмеров. Сходство наружных размеров не означает полной взаимозаменяемости резьб.
Комплектность должна обеспечивать возможность выполнения спуско-подъемных операций штатным инструментом: ключами, вилками, захватными и удерживающими устройствами, рассчитанными на конкретный размер трубы.
1.7. Маркировка
Маркировка необходима не только для идентификации новой продукции, но и для учета ее ресурса. На буровом предприятии рекомендуется организовать систему, позволяющую установить происхождение трубы, типоразмер, дату ввода в эксплуатацию и накопленную наработку.
Для комплектов, работающих на ответственных или глубоких скважинах, полезно вести индивидуальный или групповой учет. Это позволяет определить, какие трубы находились в наиболее нагруженной части колонны, участвовали в аварийных ситуациях или подвергались ремонту.
После дефектации трубу необходимо четко отнести к одной из категорий: годная к дальнейшей эксплуатации, ограниченно годная для определенных условий, направляемая на ремонт либо окончательно забракованная.
Нельзя хранить выбракованные изделия в общей штабелированной партии без визуальной идентификации. Ошибочный возврат дефектной трубы в колонну представляет прямой риск аварии.
1.8. Упаковка
При транспортировке основная задача упаковки и увязки — исключить перемещение труб, удары замковых концов друг о друга и повреждение резьбы.
Резьбовые участки должны быть защищены от контакта с грунтом, песком, металлической стружкой и другими загрязнениями. Для этого применяют защитные элементы, пробки, колпаки или иные предусмотренные изготовителем средства.
Трубы нельзя сбрасывать с транспорта на землю. Деформация, возникшая после одного сильного удара, может быть практически незаметна визуально, но проявиться позднее в виде биения колонны или усталостной трещины.
При пакетировании необходимо учитывать массу связки и грузоподъемность применяемой техники. Захват пачки случайными стропами в точках, вызывающих значительный изгиб длинномерных труб, нежелателен.
В следующей статье мы расскажем о требованиях к безопасности бурильных труб, методах контроля, а также их хранении и транспортировке.
Вы можете заказать бурильные трубы от производителя с доставкой по России на сайте или по телефонам 8 (343) 201-41-55 или 8-800-302-83-83