Конструкция и принцип действия вертикальной бурильной колонны

Конструкция бурильной колонны (Рисунок 46) обычно включает следующее: долото 1, центратор-калибратор 2, забойный двигатель 3, утяжелённую бурильную колонну 4, центратор 5, бурильные трубы 6, свинченные замковыми соединениями 7.

Первые пять позиций образуют компоновку низа бурильной колонны КНБК, с помощью которой создают нагрузку на долото и управляю траекторий ствола скважины в процессе бурения. КНБК имеет внутренний канал для транспортировки промывочной жидкости из бурильных труб к долоту. Так же КНБК приводит во вращение долото.

Что из себя представляют долота, – было рассмотрено в предыдущей главе.

Центратор-калибратор предназначен для центровки оси бурильной колонны по оси скважины, а так же для калибровки ствола скважины в случае её сужения по различным причинам.

Забойный двигатель включается в КНБК, если бурение не предусматривает вращение всей бурильной колонны с помощью ротора на поверхности. Забойный двигатель приводит во вращение долото, а бурильная колонна при этом как правило не вращается.

Рисунок 46. Конструкция и принцип осевого напряжённого состояния при работе вертикальной бурильной колонны

Забойные двигатели подразделяются на турбобуры и винтобуры (ВЗД) гидравлического действия, а так же и электробуры.

В настоящее время повсеместно употребляются ВЗД, так как они не требуют ремонтного цеха в буровой организации.

Утяжелённая бурильная колонна состоит из толстостенных утяжелённых бурильных труб УБТ, предназначенных для создания нагрузки на долото за счёт своего веса. При этом УБТ являются очень жёсткими и сгибаются незначительно. Поэтому они не ломаются в месте нулевого сечения. Имеется ввиду, что при работе долота на забое, долото, разрушая горную породу, скачет по забою с большой частотой осевой и поперечной вибрации. При этом нулевое сечение перемещается синхронно этой вибрации. В результате в некоторой области КНБК создаётся зона знакопеременных напряжений, что у гибких компоновок приводит к усталости и поломке металла. А УБТ не ломаются.

Номенклатурный ряд утяжелённых бурильных труб учитывают с помощью собственных типоразмеров. Например, УБТС-178 означает: «утяжелённая бурильная труба сбалансированная, диаметром 178 мм».

Центратор предназначен для центровки оси бурильной колонны по оси скважины. Центраторы бывают полноразмерными и неполноразмерными. Меняя расстояние от долота до центраторов, изменяют направление бурения ствола скважины.

Бурильные трубы предназначены для соединения КНБК с ведущей бурильной трубой, для передачи крутящего момента от ротора к долоту (при роторном бурении) и для транспортировки промывочной жидкости к долоту.

Бурильные трубы в отличие от УБТ являются тонкостенными. Но при этом на концах они имеют утолщения для конусной резьбы. Эти утолщения называются высадками. Высадки бывают штампованными или приварными. Если металл на концах труб больше высажен внутрь, то в типоразмере труб отмечают высадку внутрь (В), а если наружу, ‒ то наружу (Н). А чтобы конусные резьбы не отламывались, то их иногда оснащают конусным стабилизирующим пояском (К). Например, типоразмер бурильной трубы ТБПВК127×10Е означает: «труба бурильная, приварной замок с высадкой внутрь, с конусным стабилизирующим пояском, диаметр по телу трубы 127 мм, толщина стенки трубы 10 мм, марка стали Е» (Таблица 8).

Таблица 8. Механические свойства сталей, применяемых для изготовления бурильных и обсадных труб и соединительных муфт к ним

Примечание: значения показателей механических свойств, взятые в скобки, относятся к обсадным трубам исполнения Б.