1. Назначение и состав бурильной колонны.

Основное назначение бурильной колонны обеспечить гидравли­ческую и механическую связь работающего на забое долота и ствола сква­жины с поверхностным механическим и гидравлическим оборудованием. Одновременно бурильная колонна служит инструментом для доставки на глубину буровых и колонковых долот, различных исследовательских приборов и устройств, снарядов и аварийно-ликвидационных приспособ­лений.

Две главные функции выполняет бурильная колонна в процессе про­ходки ствола:

вращает долото и одновременно передает на него осевую нагрузку;

создает замкнутую циркуляцию агента через забой скважины, обеспе­чивая очистку ствола от выбуренной породы и привод погружных гидрав­лических двигателей.

Бурильная колонна включает следующие основные элементы сверху вниз: рабочую (ведущую) трубу (рис. 2.6), бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы (УБТ) (рис. 2.7).

Рабочая труба, обычно квадратного сечения, служит для передачи вра­щения от ротора к бурильной колонне. Она фиксируется в отверстии ро­тора квадратными клиньями, вкладышами, в связи с чем вращается совме­стно со столом ротора и одновременно может перемещаться в осевом на­правлении по мере углубления забоя скважины.

Соединяется рабочая труба при помощи нижнего переводника с верх­ней трубой бурильной колонны, а при помощи верхнего переводника - с вращающимся стволом вертлюга - устройством, связывающим нагнета­тельную линию бурового насоса, подающего промывочный агент, с вра­щающейся бурильной колонной.

Заводами выпускаются ведущие трубы со сторонами квадратного се­чения 112, 140 и 155 мм, с диаметром внутреннего канала соответственно 74, 85 и 100 мм. Длина ведущей трубы 13-14 м, материал - сталь группы прочности Д и марки 36Г2С.

Бурильная колонна может компоноваться из труб следующих конст­рукций:

с высаженными внутрь концами (рис. 2.8, а);

с высаженными наружу концами (рис. 2.8, б);

с приваренными соединительными концами (рис. 2.9);

Рис. 2.6. Рабочая ведущая бурильная труба:

1 - верхний переводник; 2 - рабочая веду­щая труба; 3 - нижний переводник

с блокирующим пояском;

беззамковые раструбные.

Трубы первых двух конструк­ций имеют наружную мелкую трубную резьбу и соединяются ме­жду собой при помощи бурильных замков или муфт (рис. 2.10). Трубы второй конструкции имеют по сравнению с трубами первой кон­струкции улучшенную гидравличе­скую характеристику, так как в них равнопроходной канал и, следова­тельно, минимальны местные гид­равлические сопротивления потоку промывочного агента.

Бурильные трубы с приварен­ными соединительными концами имеют равнопроходной канал и соединяются друг с другом при помощи крупной замковой резьбы.

В бурильных трубах с блоки­рующим пояском вблизи резьбы по телу имеется проточка, на которую в горячем состоянии наворачивает­ся часть замка с внутренней про­точкой, в результате чего, после остывания, создается герметичный напряженный контакт между зам­ком и трубой.

Промышленность выпускает бурильные трубы диаметром от 60 до 168 мм длиной 6; 8; 11,5-12,0 м из стали групп прочности C, Д, E, K, L, M.

Бурильные трубы многократно соединяются в бурильную колонну по мере проводки ствола скважины, так как необходимо периодически заме­нять износившееся долото на новое и выполнять другие работы в скважи­не, требующие спускоподъемных операций с бурильной колонной. Круп­ная замковая резьба со значительной конусностью позволяет быстро за несколько оборотов свинчивать и развинчивать трубы, при этом герметич­ность обеспечивается напряженным контактом торцевых поверхностей замков.

Для соединения бурильных труб используют замки трех типов: ЗШ с диаметром канала, близкого к диаметру канала бурильных труб с высаженными внутрь концами;

ЗН с диаметром канала существенно меньшим диаметра канала труб; ЗУ с увеличенным диаметром канала.

Замки первых двух типов используют для бурильных труб с высаженными внутрь концами, а замки последнего типа - для труб с высаженными наружу концами. Замки типа ЗУ предпочтительны для турбинного бурения, так как не создают значительных местных гидравлических сопротивлений потоку промывочного агента.

Рис. 2.7. Утяжеленные буриль­ные трубы:

а — с одинаковым диаметром; б — с проточным телом; 1 — тело трубы; 2 — замковая резьба

Рис. 2.8. Бурильные трубы:

а - с высаженными внутрь кон­цами; б - с высаженными наружу концами; 1

труба; 2 - муфта

Рис. 2.9. Бурильная труба с приваренными соединитель­ными концами

Рис. 2.10. Соединение бурильных труб с выса­женными концами:

а - при помощи замков; б - при помощи муфт

Для проводки стволов нефтегазовых скважин чаще всего используют бурильные трубы диаметром 114, 121, 146 и 168 мм. Их соединяют по две-три штуки в свечи, которые устанавливают вертикально внутри вышки на специальный подсвечник и тем самым значительно ускоряют и облегчают спускоподъемные операции.

При больших глубинах скважин нагрузки на вышку и талевую систему буровой установки во время спускоподъемных операций могут достигать недопустимых значений за счет силы тяжести бурильной колонны. В связи с этим вместо стальных труб в ряде случает используют бурильные трубы из прочных алюминиевых сплавов, которые позволяют, при прочих равных условиях, снизить эти нагрузки по меньшей мере в 2 раза. Промышлен­ность выпускает легкосплавные бурильные трубы с высаженными внутрь концами диаметром от 73 до 147 мм. На концах легкосплавных труб наре­зана трубная резьба, а их соединение в виде бурильной колонны осуществ­ляют навинчиваемыми на них стальными замками.

Важным элементом бурильной колонны являются утяжеленные бу­рильные трубы, одна из главных функций которых - создавать осевую нагрузку на долото, не допуская изгиба бурильной колонны. УБТ устанав­ливают непосредственно над долотом или погруженным двигателем. Тру­бы массивные за счет большой толщины стальной стенки (толщина стенок УБТ в несколько раз больше толщины стенок обычных бурильных труб).

Необходимым элементом в состав бурильной колонны входят различ­ные переводники, предназначенные для соединения ведущей трубы с верт­люгом и бурильными трубами, бурильных труб с УБТ, УБТ с турбобуром или долотом.

Кроме того, бурильная колонна может оснащаться центраторами для предотвращения изгиба бурильной колонны и одностороннего примыкания ее к стенке ствола скважины, расширителями - долотами для увеличения диаметра ствола, кривыми переводниками и соапстоками для искривления ствола скважины в заданном направлении.