25 апреля

Универсальные бурильные трубы: инновационный подход

Сейчасв мировой и отечественной практике доминирующим способом являетсямеханическое бурение с применением породоразрушающих инструментов:буровых алмазных и твердосплавных коронок – при колонковом бурении (сотбором керна горных пород) и буровых шарошечных, лопастных и алмазныхдолот – при бескерновом бурении.

При этом основным являетсямеханическое вращательное бурение, разрушение горной породы при которомосуществляется под действием крутящего момента и осевой нагрузки,приложенных к породоразрушающему инструменту. Осевая нагрузка на негосоздается собственным весом бурильных труб. При этом их нижняя частьсжата, верхняя часть растянута. Таким образом, нижняя часть работает всложном напряженно-деформированном состоянии – в ней действуютнапряжения сжатия, напряжения изгиба и касательные напряжения,обусловленные крутящим моментом.

Нормальный ряд диаметровтвердосплавных и алмазных коронок и долот для бурениягеологоразведочных скважин колонковым и бескерновым способом имеет вид36, 46, 59, 76, 93, 112, 132, 151 мм. С учетом существующих диаметров ив зависимости от свойств горных пород значения осевой нагрузкинаходятся в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысячдекаНьютонов. Весовая характеристика бурильных труб сжатой частибурильной колонны является второй по значимости после ее геометрическойхарактеристики – наружного диаметра.

Анализ и всесторонняяоценка номенклатуры технических средств для геологоразведочногобурения, применяемых за рубежом, позволяют утверждать, что ееразнообразие и появление новых типов и модификаций во всех случаяхдиктуется только спросом на мировом рынке. Стремление во что бы то нистало превзойти конкурирующую фирму приводит в появлению в оборудованииотдельных показателей качества и особенностей, имеющих крайнеограниченное, локальное применение, но позволяющих заявить, как опреимуществах.

Многие зарубежные компании, в целях повышениякачества или расширения функциональных возможностей бурильных труб,увеличивают или уменьшают по сравнению со стандартными значениямитолщину стенки, исключают высадку концов, заменяют резьбовое соединениена сварное, вводят новые типы резьб, повышают механические свойстваматериала, упрочняют поверхность резьбовых концов и самих резьб.

Традиционноеколонковое бурение отличается наибольшей универсальностью, т.к. можетбыть применено как с поверхности, так и из подземных выработок, как салмазными, так и твердосплавными коронками, а также осуществленовращательным, ударно-вращательным и вращательно-ударным способами впородах различной прочности и абразивности.

В странах СНГприменяют бурильные трубы 3-х типов: стальные бурильные трубымуфтово-замкового соединения СБТМ, стальные бурильные трубы ниппельногосоединения СБТН, утяжеленные бурильные трубы УБТ. Трубы СБТМ и СБТНприменяют как в сжатой, так и в растянутой части бурильной колонны, атрубы УБТ применяют в нижней части колонны, длина которой в 1,25-1,5раза больше сжатой части, так чтобы часть УБТ находилась в растянутомсостоянии.

В отечественной и зарубежной практике сложились и существуют 2 методасоздания осевой нагрузки за счет сжатой части бурильной колонны,которая состоит из: 1) рядовых бурильных труб; 2) утяжеленных бурильныхтруб. Оба метода имеет свои недостатки.

Недостатки первогометода: необходимость создания в скважине сжатой части бурильнойколонны значительной длины; большие потери осевой нагрузки за счет силсопротивления при взаимодействии сжатой части со стенками скважины;повышенный износ наружной поверхности труб; искривление оси скважинывследствие увеличенного зазора между трубами и стенками скважины;повышенная аварийность и др.

Недостатки второго метода:невозможность применения в скважинах малого диаметра; невозможностьприменения в наклонно-направленных скважинах; невозможность примененияв осложненных условиях бурения (обвалы и т.п.); сложность организациипроведения спуско-подъемных операций с буровым инструментом в скважине.

Инновационные подходы

Путьрешения данной проблемы состоит в создании универсальных бурильныхтруб. Их универсальность должна обеспечиваться двумя параметрами иххарактеристики:

· сохранением геометрической характеристики, т.е. наружного диаметра;

· увеличением в 2-3 раза весовой характеристики, т.е. массы 1 м трубы.

Такиебурильные трубы имеют следующие достоинства: можно применять прибурении скважин малого диаметра; при бурении наклонно-направленныхскважин; при бурении скважин в осложненных условиях; простотаорганизации проведения спуско-подъемных операций; уменьшение длинысжатой части колонны и потерь осевой нагрузки; снижение аварийности;рост механической скорости бурения и стойкости породоразрушающегоинструмента; повышение производительности; снижение стоимости 1 мскважины.

Сейчас ученые Национального горного университета иНациональной металлургической академии разрабатывают конструкции итехнологии изготовления универсальных бурильных труб с целью повышенияэнергосбережения во время геологоразведывательных работ за счетсокращения их сроков и снижения стоимости.

Это позволяетуменьшить энергозатраты во время бурения скважин за счет: повышениямеханической скорости бурения на 30-40%, ресурса бурового станка на15-20% и стойкости бурових коронок на 15-21%; уменьшения искривленияскважин, что способствует сокращению аварийности и уменьшенияфактической глубины скважин в соответствии с требованиямигеологического задания; снижения стоимости 1 м скважины на 20-25%.