Бурильные трубы — это ключевой элемент в нефтегазовой промышленности, используемый при бурении скважин для добычи нефти и газа. Они представляют собой стальные трубы, которые соединяются между собой, образуя бурильную колонну. Основное назначение бурильных труб — передача крутящего момента от буровой установки к долоту, которое разрушает горные породы на дне скважины. Помимо этого, по ним циркулирует буровой раствор, который охлаждает долото и выносит разрушенные частицы породы на поверхность. Бурильные трубы должны обладать высокой прочностью, устойчивостью к износу и коррозии, чтобы выдерживать суровые условия работы на больших глубинах и под высоким давлением.
Виды бурильных труб
Бурильные трубы различаются по типу и конструкции в зависимости от условий бурения и требований конкретной скважины. Основные виды бурильных труб включают:
-
Тяжелые бурильные трубы (ТБТ): Это утолщенные и усиленные трубы, используемые в нижней части бурильной колонны. Они обеспечивают дополнительный вес для повышения эффективности бурения и стабилизации колонны, предотвращая ее изгиб.
-
Облегченные бурильные трубы: Эти трубы легче по сравнению с ТБТ и используются в верхней части бурильной колонны. Они позволяют снизить общую массу колонны и использовать буровые установки меньшей мощности.
-
Бурильные трубы с утолщенными концами (бурильные утолщенные трубы, или БУТ): Они имеют усиленные концы, что увеличивает их износостойкость в местах соединений и снижает вероятность обрыва трубы при высоких нагрузках.
-
Стабилизаторы: Не являются традиционными бурильными трубами, но часто используются в составе бурильной колонны. Они обеспечивают центрирование бурильной колонны в скважине, предотвращая отклонение долота от заданного направления.
-
ВБТ (Временные Бурильные Трубы): Трубы, используемые временно для выполнения определенных этапов бурения, которые не требуются на постоянной основе. Они часто применяются для тестирования или в условиях, когда требуется замена труб.
-
ВБТС (Временные Бурильные Трубы с Укрепленными Концами): Это специальный вид временных бурильных труб, оснащенных усиленными концами для повышения прочности и устойчивости к износу в условиях бурения.
-
СБТ (Станционные Бурильные Трубы): Трубы, используемые в стационарных буровых установках для выполнения основной работы по бурению. Они отличаются высокой прочностью и долговечностью.
-
УБТ (Усильные Бурильные Трубы): Трубы с усиленной конструкцией, предназначенные для работы в сложных и экстремальных условиях. Они могут иметь дополнительные армирующие элементы или повышенные параметры прочности.
Применение
Бурильные трубы применяются при бурении нефтяных, газовых и геотермальных скважин. Они играют ключевую роль в передаче механической энергии от буровой установки к буровому долоту, а также обеспечивают циркуляцию бурового раствора, необходимого для охлаждения долота, удаления выбуренной породы и предотвращения обрушения стенок скважины.
Каждый тип бурильной трубы подбирается в зависимости от глубины бурения, типа горных пород, диаметра скважины и других факторов. Например, тяжелые бурильные трубы используются для бурения на больших глубинах и в твердых породах, тогда как облегченные трубы находят применение в неглубоких и мягких породах.
Характеристик бурильных труб по ГОСТам
| Параметр | ГОСТ | Тип трубы | Диаметр трубы, мм | Толщина стенки, мм | Длина трубы, м | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Бурильные трубы | ГОСТ 631-75 | ТБТ | 60.3 - 168.3 | 6.5 - 12.7 | 6.5 - 11.5 | Стальные трубы с гладкими концами |
| Тяжелые бурильные трубы | ГОСТ 27834-95 | ТБТ | 88.9 - 279.4 | 8.2 - 15.9 | 9.5 - 10.5 | Высокая прочность, применяется в нижней части бурильной колонны |
| Облегченные бурильные трубы | ГОСТ 50278-92 | ОБТ | 73.0 - 127.0 | 5.5 - 9.2 | 5.0 - 10.0 | Легкие трубы, используются в верхней части бурильной колонны |
| Бурильные трубы с утолщенными концами (БУТ) | ГОСТ 13963-91 | БУТ | 60.3 - 139.7 | 7.0 - 12.5 | 6.5 - 9.0 | Усиленные концы для увеличения износостойкости |
| Трубы для геофизических исследований | ГОСТ 1497-76 | Специальные | 73.0 - 146.0 | 6.5 - 10.5 | 6.0 - 9.5 | Используются для забора проб, геофизических исследований |
| Стабилизаторы | ГОСТ 2170-94 | Не трубы | 89.0 - 340.0 | - | - | Применяются для стабилизации бурильной колонны |
- ГОСТ 631-75: Стандарт на стальные бурильные трубы с гладкими концами. Основные параметры: диаметр, толщина стенки, длина трубы.
- ГОСТ 27834-95: Определяет требования к тяжелым бурильным трубам, которые применяются для бурения глубоких и сложных скважин.
- ГОСТ 50278-92: Регулирует облегченные бурильные трубы, которые используются в верхних частях бурильных колонн.
- ГОСТ 13963-91: Стандарт на трубы с утолщенными концами, которые предназначены для работы в условиях высоких нагрузок и износа.
- ГОСТ 1497-76: Стандарт для труб, используемых в геофизических исследованиях.
- ГОСТ 2170-94: Стабилизаторы не являются трубами, но часто входят в состав бурильной колонны для предотвращения отклонений бурового инструмента.
Вес и Толщина стенки бурильных труб
| Диаметр трубы, мм | ГОСТ | Толщина стенки, мм | Вес трубы (теоретический), кг/м |
|---|---|---|---|
| 60.3 | ГОСТ 631-75 | 6.5 | 8.56 |
| 73.0 | ГОСТ 631-75 | 7.1 | 11.12 |
| 88.9 | ГОСТ 27834-95 | 8.2 | 15.82 |
| 101.6 | ГОСТ 27834-95 | 8.9 | 19.45 |
| 114.3 | ГОСТ 631-75 | 8.9 | 22.67 |
| 127.0 | ГОСТ 50278-92 | 9.2 | 26.29 |
| 139.7 | ГОСТ 13963-91 | 10.0 | 31.23 |
| 168.3 | ГОСТ 631-75 | 12.7 | 46.74 |
| 219.1 | ГОСТ 27834-95 | 12.7 | 60.61 |
| 244.5 | ГОСТ 27834-95 | 12.7 | 67.99 |
| 273.0 | ГОСТ 27834-95 | 15.9 | 85.18 |
Примечания:
- Вес трубы указан теоретически на 1 метр трубы, и может варьироваться в зависимости от материала, технологии изготовления и условий эксплуатации.
- Толщина стенки влияет на прочность трубы, а также на ее вес и устойчивость к внутреннему и внешнему давлению.
Длина бурильных труб
Длина может варьироваться в зависимости от их типа и применения. Обычно бурильные трубы выпускаются стандартных размеров, соответствующих ГОСТам или международным стандартам. Вот основные длины бурильных труб:
-
Короткие трубы: Длина: 6.0 - 6.5 метров. Применение: Используются в некоторых специфических условиях бурения, где требуется точная длина или ограниченное пространство.
-
Стандартные трубы: Длина: 8.0 - 9.5 метров
Применение: Это наиболее распространенный размер труб, используемый в большинстве буровых работ. Обеспечивает оптимальную гибкость и удобство при транспортировке и монтаже. -
Длинные трубы: Длина: 11.0 - 11.5 метров. Применение: Используются при бурении глубоких скважин, где требуется минимизировать количество соединений между трубами для уменьшения времени на сборку/разборку колонны.
Примечания:
- Стыковка: Бурильные трубы обычно соединяются друг с другом с помощью замков или резьбовых соединений, образуя бурильную колонну, длина которой может достигать нескольких километров.
- Универсальность: Длина труб выбирается в зависимости от специфики буровой установки и глубины скважины. Для каждого проекта могут использоваться трубы различных длин в зависимости от требований и условий бурения.
- ГОСТ: ГОСТы, такие как ГОСТ 631-75, ГОСТ 27834-95, и другие, определяют стандарты для длины труб, которые должны соблюдаться при производстве и эксплуатации бурильных труб.
Материалы и механические свойства бурильных труб
| Марка стали / Материал | ГОСТ / Стандарт | Предел прочности на разрыв, MPa | Предел текучести, MPa | Относительное удлинение, % | Твердость по Бринеллю (HB) | Примечания |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Сталь 45 | ГОСТ 1050-88 | 600 - 800 | 355 - 450 | 15 - 20 | 179 - 229 | Общеприменяемая конструкционная сталь |
| 30ХГСА | ГОСТ 4543-71 | 900 - 1100 | 685 - 835 | 10 - 15 | 269 - 341 | Легированная сталь, повышенная прочность |
| 40Х | ГОСТ 4543-71 | 930 - 1080 | 785 - 915 | 10 - 14 | 217 - 255 | Легированная сталь, применяемая для тяжёлых условий |
| 35Г2Ф | ГОСТ 19281-89 | 780 - 930 | 630 - 720 | 14 - 18 | 201 - 255 | Устойчивость к ударным нагрузкам |
| P110 (API 5DP) | API SPEC 5DP | 758 - 965 | 655 - 758 | 13,5 | 285 | Стандарт API, высокая прочность для глубинных скважин |
| G105 (API 5DP) | API SPEC 5DP | 724 - 931 | 620 - 724 | 14,5 | 275 | Стандарт API, сбалансированные свойства |
| E75 (API 5DP) | API SPEC 5DP | 517 - 689 | 379 - 517 | 16,5 | 241 | Стандарт API, высокая пластичность и прочность |
| Сталь 40 | ГОСТ 1050-88 | 550 - 750 | 320 - 450 | 16 - 22 | 159 - 207 | Применяется для стандартных бурильных труб |
| 20Х | ГОСТ 4543-71 | 620 - 785 | 400 - 540 | 17 - 23 | 170 - 217 | Устойчивость к коррозии, хорошая свариваемость |
Краткие пояснения:
- Марка стали: Определяет состав материала трубы, что влияет на ее механические свойства, такие как прочность, твердость и пластичность.
- ГОСТ / Стандарт: Указывает нормативный документ, которому соответствует материал и его свойства.
- Предел прочности на разрыв: Максимальное напряжение, которое материал может выдержать перед разрушением.
- Предел текучести: Напряжение, при котором материал начинает деформироваться пластически, не возвращаясь к исходной форме после снятия нагрузки.
- Относительное удлинение: Показывает, насколько материал может удлиняться до разрушения, что указывает на его пластичность.
- Твердость по Бринеллю (HB): Параметр, который определяет сопротивляемость материала к вдавливанию и износу.
Примечания:
- Выбор материала: Выбор марки стали или другого материала для бурильных труб зависит от условий эксплуатации, таких как глубина скважины, тип грунта, давление, температура и агрессивность среды.
- API 5DP: Международный стандарт API (American Petroleum Institute) используется для бурильных труб, предназначенных для работы в нефтегазовой промышленности, особенно при глубоких бурениях.
Премущества бурильных труб
-
Разнообразие типов:
Бурильные трубы бывают нескольких типов, включая стандартные бурильные трубы, тяжелые бурильные трубы (ТБТ), облегченные бурильные трубы и трубы с утолщенными концами (БУТ). Каждый тип труб имеет свои особенности и предназначение, в зависимости от условий бурения. -
Материалы и механические свойства:
Бурильные трубы изготавливаются из различных марок стали, каждая из которых обладает специфическими механическими свойствами, такими как предел прочности на разрыв, предел текучести, относительное удлинение и твердость. Выбор материала определяется условиями эксплуатации, требуемой прочностью и устойчивостью к износу и коррозии. -
Размеры и длина труб:
Стандартные размеры труб включают различные диаметры и толщины стенок, которые подбираются в зависимости от типа бурильных работ и глубины скважины. Длина труб варьируется от 6 до 11,5 метров, что позволяет адаптировать их к различным буровым установкам и условиям. -
Соответствие стандартам:
Производство и эксплуатация бурильных труб регулируется рядом ГОСТов и международных стандартов, таких как API. Эти стандарты обеспечивают единообразие качества и надежности труб, что особенно важно для работы в экстремальных условиях. -
Применение:
Бурильные трубы используются в самых разных условиях, от неглубоких скважин до сверхглубоких бурений. Они должны выдерживать высокие нагрузки, перепады температур, давление и воздействие агрессивных сред. Для каждого типа буровых работ подбираются соответствующие трубы, которые обеспечивают безопасность и эффективность бурения.
В итоге, правильный выбор и эксплуатация бурильных труб определяют успешность бурения и долговечность оборудования. Тщательное внимание к материалам, конструктивным особенностям и соответствию стандартам помогает избежать аварийных ситуаций и повысить эффективность работы буровой установки.
