J^ оборудование и инструменты
B.C. БАСОВИЧ, М.Я. ГЕЛЬФГАТ, Г.М. ФАЙН
ЗАО «Акватик»
Специфические физико-механические характеристики алюминиевых сплавов: их сравнительно небольшой удельный вес, высокая удельная прочность в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред, технологичность изготовления из них различных изделий — обеспечили их широкое применение в современной технике, в частности, и в нефтегазодобывающей промышленности. В России, начиная с конца пятидесятых годов, выполнен обширный комплекс научно-исследовательских (НИР) и опытно-конструкторских работ (ОКР), который привёл к разработке, организации серийного производства и широкому внедрению в отечественной промышленности бурильных труб из алюминиевых сплавов (ЛБТ). Были созданы специальные цеха по их производству на Самарском и Каменск-Уральском металлургических заводах (СМЗ и КУМЗ). Эти цеха оснащены специально спроектированным оборудованием, позволяющим осуществлять выпуск трубных изделий с переменным по длине трубы поперечным сечением.
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕЙ ОТРАСЛИ
Высокая технико-экономическая эффективность применения этих изделий при бурении нефтяных и газовых скважин (поисковых, разведочных, эксплуатационных) всех категорий глубин, разработка оптимальных технологий их применения, учитывающих специфику горногеологических условий бурения скважин, а также постоянная работа с потребителями — буровыми предприятиями — позволили к началу восьмидесятых годов довести суммарный выпуск ЛБТ до 2022,5 тысяч т в год (более 1,5 млн м). С применением ЛБТ в 80-х годах выполнялось 70-75% всего годового объёма бурения в бывшем СССР.
Применение ЛБТ обеспечило СССР существенный приоритет при бурении уникальных сверхглубоких скважин, в том числе и рекордной Кольской сверхглубокой (СГ-3), установившей абсолютный мировой рекорд глубины бурения — 12262 метра.
Вместе с тем, в последние годы отмечено резкое снижение объёмов применения алюминиевых сплавов в нефтегазодобывающей отрасли России. Так, в 2001 г. выпуск ЛБТ в России составил около 4200 т (330 тыс. м), что почти в 5 раз меньше объемов 80-х годов. Это обусловлено целым рядом объективных и субъективных причин. К ним относятся, прежде всего, общее уменьшение объемов бурения, резкое снижение объемов финансирования на продолжение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по дальнейшему совершенствованию изделий из алюминиевых сплавов и повышению их эксплуата-
ционной надежности, отсутствие конкретной работы с непосредственными потребителями изделий, увеличение аварийности с ЛБТ по трубному резьбовому соединению в условиях повышенных знакопеременных нагрузок и ряд других причин.
При бурении скважин на нефть и газ в СССР и России применялись и применяются ЛБТ с наружным диаметром от 73мм до 168мм, сборной конструкции со специальными стальными облегченными замками. В общем объеме выпуска ЛБТ около 70% приходится на трубы диаметром 147 мм и около 15% — на трубы диаметром 129 мм.
Серийно выпускаемые СМЗ и КУМЗ алюминиевые бурильные трубы собираются со стальными замками на безупорной конической треугольной резьбе с применением эпоксидных смол, что не обеспечивает требуемую надежность соединения при возросших нагрузках, связанных с общим ростом глубин скважин, с увеличивающимся объемом бурения роторным способом в осложненных условиях, с бурением горизонтальных скважин и т.д.
При бурении Кольской сверхглубокой скважины на глубинах более 6000м, когда условия нагружения бурильной колонны обусловили невозможность дальнейшего применения серийных ЛБТ из-за ненадежности соединения трубы со стальным замком, были разработаны новая конструкция и технология сборки по трубному резьбовому соединению. Вместо безупорной треугольной резьбы была применена трапецеидальная резьба с ма-
лым конусом со стабилизирующим защитным пояском и торцевым упором. Учитывая, что получение одновременного регламентированного натяга по резьбе и стабилизирующему пояску с торцевым упором обычным способом с приложением крутящего момента невозможно, была применена технология «горячей» сборки трубы с замком. Новое соединение существенно повысило эксплуатационную надежность ЛБТ и обеспечило безаварийную работу бурильной колонны в экстремальных условиях нагруже-ния при бурении Кольской и других сверхглубоких скважин.
В дальнейшем, начиная с 1997г. эту конструкцию и технологию сборки ЛБТ освоили в ЗАО «Акватик», на опытном производстве которого осуществляется выпуск ЛБТ повышенной надежности. Трубы, изготовленные в ЗАО «Акватик», успешно эксплуатируются при бурении глубоких скважин в НК «Славнефть» (2001-2003г.г.), при бурении глубоководных геотехнических скважин голландской фирмой «Fugro» (1993-2003 г.г.), при бурении горизонтальных скважин с большим удалением от вертикали бразильской фирмой «Petrobras» (2002-2003 г.г.), партия ЛБТ диаметром 73мм для бурения горизонтальных скважин была направлена в Австрию (Mining University Leoben), идет изготовление труб для ОАО ТНК, ЮКОС и других. Техническая характеристика ЛБТ повышенной надежности, выпускаемых на опытном производстве ЗАО «Акватик» в соответствии со стандартом ISO 15546, приведена в таблице 1.
оборудование и инструменты Ж
Параметры Внутренняя высадка законцовок Наружная высадка законцовок
ЛБТПН103х9 ЛБТПН147х11 ЛБТПН147х13 ЛБТПН147х15 ЛБТПН131х13 ЛБТПН164х9 ЛБТПН168х11
Длина трубы, мм 9000 12000 12000 12000 9000 9000 9000
Толщина стенки, мм: - основного тела - утолщенных законцовок 9 16 11 17 13 20 15 22 13 21 9 20 11 20
Номинальные диаметры, мм: - наружный по телу - внутренний по телу - наруж./внутр. по законцовкам 10 38 571 147 125 113 147 121 107 147 117 103 131 105 146 164 146 186 168 146 186
Размеры бурильного замка, мм: - наружный диаметр - внутренний диаметр 120 70 178 110 178 105 203 130
Вес трубы в воздухе, кг 105 205 230 257 188 170 210
Тип замковой резьбы З-102 З-147 З-147 З-171
Прочностные параметры - сплав Д16Т / сплав 1953Т1
Растягивающая нагрузка, кН: - допустимая (0,8от) - предельная 720/870 870/1050 1290/1560 1460/2030 1500/1800 1950/2340 1730/2076 2030/2436 1493/2090 1750/2450 1358/1900 1607/2250 1679/2350 1964/2750
Крутящий момент, кНм: - допустимый - предельный 15,8/19,0 18,8/22,5 40,9/49,0 48,7/59,0 46,4/55,6 55,2/66,2 52,3/62,8 61,5/73,8 51,0/72,0 61,0/85,0 44,0/61,0 52,0/72,0 56,0/78,0 66,0/92,0
Максимальное наружное давление, МПа 29,0/43,0 24,0/36,0 32,0/48,0 39,0/58,5 34,0/51,0 22,0/33,0 26,0/39,0
Максимальное внутреннее давление, МПа 38,0/57,0 33,0/49,5 39,0/58,5 43,0/64,5 38,0/53,0 29,0/40,0 35,0/49,0
Табл. 1.
ТЕХНИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
ЛБТПН-АКВАТИК
Перспективны для широкого применения при бурении скважин специально разработанные и освоенные в производстве трубы так называемой «беззамковой» конструкции. Общий объем выпуска ЛБТ беззамковой конструкции диаметром 127 и 146 мм составил за все годы около 1500 т. В основном эти трубы использовались в качестве технологических комплектов длиной 250-300 м в нижней части бурильной колонны. Так, в объединении «Куйбышевнефть» в каждом из шести УБР в обязательном порядке в 80-х — начале 90-х годов использовались по 2-3 технологических комплекта. Такие трубы и сейчас используют в «Са-маранефтегаз» и «Пурнефтегазгеоло-гия», а также 1000м труб поставки ЗАО «Акватик» в АО «Норильский никель» для проходки шахтных стволов. Бурильные трубы беззамковой конструкции выпускаются с размерами 127х11, 146х11, 146х13 и 172х13.
Разработаны и освоены производством ЛБТ с увеличенной толщиной стенки — ЛУБТ. Общий объем производства утолщенных гладких ЛБТ составил 650750 т. Комплектами из этих труб длиной 50 м были оснащены практически все буровые бригады в объединениях «Куйбы-шевнефть» и «Мангышлакнефть», Частично такие трубы применялись в объединениях «Юганскнефтегаз», «Нижневар-товскнефть» и «Сургутнефтегаз». Эти трубы предназначены в основном для компоновки низа бурильной колонны (КНБК) и могут быть как замковой, так и беззамковой конструкции. Благодаря парамагнитным свойствам эти трубы используют при проведении инклинометри-ческих замеров непосредственно в при-забойной зоне скважин, что позволяет полностью исключить применение для этих же целей дорогостоящих диамагнитных труб из специальных сплавов или ау-стенитных сталей.
Благодаря высокому значению логарифмического декремента затухания, свойственного алюминиевым сплавам и характеризующего способность материала гасить упругие колебания, разрабатывались специальные так называемые динамически мягкие компоновки низа бурильной колонны, применение которых
обеспечивает существенное повышение показателей механического бурения — проходки на долото и механической скорости бурения.
Разрабатывались и выпускались ЛУБТ со спиральным оребрением наружной поверхности, причем, что существенно, винтовое оребрение наружной поверхности получается в процессе прессования трубной заготовки. Всего было выпущены две опытные партии таких труб в объеме около 20 т, которые успешно прошли промысловые испытания в «Куйбышевнефть» и «Нижневартовскнефть».
Эти трубы выполняют не только те функции, что и выше описанные гладкие ЛУБТ, но и, благодаря наличию винтового оребрения, существенно снижают площадь контактного взаимодействия бурильной колонны со стенками скважины, уменьшая тем самым вероятность возникновения прихвата. Оребрение способствует турбулизации потока промывочной жидкости в призабойной зоне и улучшает ее промывку, благоприятно сказываясь на показателях бурения. ЛУБТ выпускаются с размерами 146х33 и 159х39,5.
Перспективно применение ЛБТ специальных конструкций при интенсивно развивающемся направлении бурения — строительстве горизонтальных скважин большой протяжённости. Для этих целей были разработаны ЛБТ с протекторным утолщением в середине трубы, применение которых обеспечивают защиту обсадных колонн от износа на участках резких перегибов. Как показали аналитические расчеты и опыт проводки некоторых горизонтальных скважин, использование для компоновки нижних секций буриль
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.