Универсальные бурильные трубы: инновационный подход

Сейчас

в мировой и отечественной практике доминирующим способом является

механическое бурение с применением породоразрушающих инструментов:

буровых алмазных и твердосплавных коронок – при колонковом бурении (с

отбором керна горных пород) и буровых шарошечных, лопастных и алмазных

долот – при бескерновом бурении.При этом основным является

механическое вращательное бурение, разрушение горной породы при котором

осуществляется под действием крутящего момента и осевой нагрузки,

приложенных к породоразрушающему инструменту. Осевая нагрузка на него

создается собственным весом бурильных труб. При этом их нижняя часть

сжата, верхняя часть растянута. Таким образом, нижняя часть работает в

сложном напряженно-деформированном состоянии – в ней действуют

напряжения сжатия, напряжения изгиба и касательные напряжения,

обусловленные крутящим моментом.Нормальный ряд диаметров

твердосплавных и алмазных коронок и долот для бурения

геологоразведочных скважин колонковым и бескерновым способом имеет вид

36, 46, 59, 76, 93, 112, 132, 151 мм. С учетом существующих диаметров и

в зависимости от свойств горных пород значения осевой нагрузки

находятся в диапазоне от нескольких сотен до нескольких тысяч

декаНьютонов. Весовая характеристика бурильных труб сжатой части

бурильной колонны является второй по значимости после ее геометрической

характеристики – наружного диаметра.Анализ и всесторонняя

оценка номенклатуры технических средств для геологоразведочного

бурения, применяемых за рубежом, позволяют утверждать, что ее

разнообразие и появление новых типов и модификаций во всех случаях

диктуется только спросом на мировом рынке. Стремление во что бы то ни

стало превзойти конкурирующую фирму приводит в появлению в оборудовании

отдельных показателей качества и особенностей, имеющих крайне

ограниченное, локальное применение, но позволяющих заявить, как о

преимуществах.Многие зарубежные компании, в целях повышения

качества или расширения функциональных возможностей бурильных труб,

увеличивают или уменьшают по сравнению со стандартными значениями

толщину стенки, исключают высадку концов, заменяют резьбовое соединение

на сварное, вводят новые типы резьб, повышают механические свойства

материала, упрочняют поверхность резьбовых концов и самих резьб.Традиционное

колонковое бурение отличается наибольшей универсальностью, т.к. может

быть применено как с поверхности, так и из подземных выработок, как с

алмазными, так и твердосплавными коронками, а также осуществлено

вращательным, ударно-вращательным и вращательно-ударным способами в

породах различной прочности и абразивности.В странах СНГ

применяют бурильные трубы 3-х типов: стальные бурильные трубы

муфтово-замкового соединения СБТМ, стальные бурильные трубы ниппельного

соединения СБТН, утяжеленные бурильные трубы УБТ. Трубы СБТМ и СБТН

применяют как в сжатой, так и в растянутой части бурильной колонны, а

трубы УБТ применяют в нижней части колонны, длина которой в 1,25-1,5

раза больше сжатой части, так чтобы часть УБТ находилась в растянутом

состоянии.В отечественной и зарубежной практике сложились и существуют 2 метода

создания осевой нагрузки за счет сжатой части бурильной колонны,

которая состоит из: 1) рядовых бурильных труб; 2) утяжеленных бурильных

труб. Оба метода имеет свои недостатки.Недостатки первого

метода: необходимость создания в скважине сжатой части бурильной

колонны значительной длины; большие потери осевой нагрузки за счет сил

сопротивления при взаимодействии сжатой части со стенками скважины;

повышенный износ наружной поверхности труб; искривление оси скважины

вследствие увеличенного зазора между трубами и стенками скважины;

повышенная аварийность и др.Недостатки второго метода:

невозможность применения в скважинах малого диаметра; невозможность

применения в наклонно-направленных скважинах; невозможность применения

в осложненных условиях бурения (обвалы и т.п.); сложность организации

проведения спуско-подъемных операций с буровым инструментом в скважине.Инновационные подходыПуть

решения данной проблемы состоит в создании универсальных бурильных

труб. Их универсальность должна обеспечиваться двумя параметрами их

характеристики:· сохранением геометрической характеристики, т.е. наружного диаметра;· увеличением в 2-3 раза весовой характеристики, т.е. массы 1 м трубы.Такие

бурильные трубы имеют следующие достоинства: можно применять при

бурении скважин малого диаметра; при бурении наклонно-направленных

скважин; при бурении скважин в осложненных условиях; простота

организации проведения спуско-подъемных операций; уменьшение длины

сжатой части колонны и потерь осевой нагрузки; снижение аварийности;

рост механической скорости бурения и стойкости породоразрушающего

инструмента; повышение производительности; снижение стоимости 1 м

скважины.Сейчас ученые Национального горного университета и

Национальной металлургической академии разрабатывают конструкции и

технологии изготовления универсальных бурильных труб с целью повышения

энергосбережения во время геологоразведывательных работ за счет

сокращения их сроков и снижения стоимости.Это позволяет

уменьшить энергозатраты во время бурения скважин за счет: повышения

механической скорости бурения на 30-40%, ресурса бурового станка на

15-20% и стойкости бурових коронок на 15-21%; уменьшения искривления

скважин, что способствует сокращению аварийности и уменьшения

фактической глубины скважин в соответствии с требованиями

геологического задания; снижения стоимости 1 м скважины на 20-25%.