Сбалансированная бурильная труба размером 50 мм с приваренными замками

Использование: к области горного дела, а именно к бурильным трубам, предназначенным для бурения, ловильных работ и капитального ремонта в скважинах, обсаженных трубами размером 89 и 102 мм. Задача полезной модели: создание высокопрочных оптимально сбалансированных бурильных труб размером 50 мм с приваренными замками диаметром менее 66 мм, позволяющих повысить надежность бурения, ловильных и аварийных работ, снизить гидравлическое сопротивление в процессе промывки скважин. Сущность полезной модели Сбалансированная бурильная труба размером 50 мм с приваренными замками содержит тело трубы и приваренные ниппель и муфту, при этом, концы труб выполнены с внутренней высадкой, а приваренные замки и прилегающие к ним высаженные части по концам труб имеют различный внутренний диаметр (dм и dн), что позволяет решить проблему удаления грата и стружки из зоны сварки и полости трубы. На муфте замка выполнена прямоугольная или коническая посадочная поверхность под элеватор, а отношение момента кручения замка к моменту кручения трубы превышает величину 0,8, при этом коэффициент высадки тела трубы под приварку замка более 1,6. Кроме того, на муфте и ниппеле используются соединительные резьбы 3-53 и 3-52 и фрезеруются поперечные пазы (лыски) с целью облегчения и ускорения свинчивания и развинчивания замковой резьбы рожковыми ключами, а для снижения гидравлических потерь на выходе бурового раствора из ниппеля выполнен диффузор 8.

Заявленная полезная модель относится к области горного дела, а именно к бурильным трубам, предназначенным для бурения, ловильных работ и капитального ремонта в скважинах, обсаженных трубами размером 89 и 102 мм.

Известна конструкция бурильной трубы диаметром 50 мм с высаженными внутрь концами, на которые навинчиваются ниппельные и муфтовые элементы замковых соединений (ГОСТ 7918-75).

Основным недостатком данной конструкции является низкая усталостная прочность высаженной части труб с наружной мелкой резьбой. Кроме того, в упорных плоскостях замков отсутствует фаска.

Также известна конструкция бурильной трубы размером 50 мм с приваренными трением к телу трубы замками ЗП-65-28 (ТУ 26-02-518-73). Данная труба имеет наружную высадку (наружный валик), получаемый в процессе приварки трением замка к трубе. Надежность подобного сварного соединения невысокая. Привариваемые ниппель и муфта замка указанных труб имеют короткие хвостовики, которые вводятся внутрь трубы. В процессе сварки трением хвостовик препятствует свободному выходу образующегося сварочного грата из зоны сварки на внутреннюю поверхность трубы. В таком сварном соединении остаются включения, приводящие к зарождению усталостных трещин.

Наиболее близка к заявленной полезной модели по совокупности признаков бурильная труба диаметром 50 мм с толщиной стенки 5 мм типа ТБПВ-50 с замками ЗП-67-28, приваренными к предварительно высаженным наружу концам трубы. (Трубы нефтяного сортамента. Справочное руководство. - М.: Недра, 1976. - С.41-45.)

К недостаткам данной конструкции труб следует отнести то, что внутренний сварочный грат не удаляется, спуско-подъемные операции (СПО) выполняются с использованием специальных захватов и вилок, которые вводятся в поперечные пазы (лыски) на муфте и ниппеле замков, размер S которых равен 46 мм. Данный способ проведения СПО ненадежен и практически не применим для работы на глубоких скважинах буровыми станками, в которых используются элеваторы.

Завихрения промывочной жидкости на выступах внутреннего грата создают дополнительные гидравлические сопротивления. Муфта и ниппель замка ЗП-67-28 не сбалансированы по прочности на изгиб, т.е. отношение момента сопротивления муфты W_M к моменту сопротивления ниппеля W _H в данном случае равно 3,2. Согласно многочисленным исследованиям для равнопрочных замков отношение должно быть равно 2,3-2,7 (Щербюк Н.Д. и др. Повышение эксплуатационных характеристик и расчет замковых резьбовых соединений бурильных труб.//РНТС. Сер. «Машины и нефтяное оборудование» - М.: ВНИИОЭНГ, 1980. - Вып.3. - с.17-21). Замок и сварное соединение равнопрочны для марок стали бурильной трубы ТБПВ-50 с пределом текучести _т до 517 МПа, что не позволяет выполнять работы в глубоких сильно искривленных и горизонтальных скважинах.

Задачей настоящей полезной модели является создание высокопрочных оптимально сбалансированных бурильных труб размером 50 мм с приваренными замками диаметром менее 66 мм, позволяющих повысить надежность бурения, ловильных и аварийных работ, снизить гидравлические сопротивления в процессе промывки скважин.

Указанная задача решается за счет того, что в отличие от прототипа концы бурильных труб выполнены с внутренней высадкой, при этом коэффициент высадки 1,6 и более, а приваренные замки и прилегающие к ним выезженные части на концах труб имеют различный внутренний диаметр (d _м и d_н), на муфте выполняется прямоугольная или коническая посадочная поверхность под элеватор, при этом в ниппельной части замка выполняется диффузор. На муфте и ниппеле используются соединительные резьбы 3-53 (для групп прочности Д,Е,Л) и 3-52 (для группы прочности М), что обеспечивает сбалансированность приварных замков по прочности на изгиб ( и 2,5 соответственно) и отношению момента кручения замка Мкр.зам к моменту кручения тела трубы Мкр.тр, которое превышает величину 0,8. Внутренний грат в зоне сварного соединения механически удален.

Сущность полезной модели дана на фиг.1 и в таблице 1.

Бурильная труба БВ-50 включает тело трубы 1 с внутренней высадкой 2 и приваренные муфту 3 и ниппель 4 замка, имеющие фаски 5 в упорных плоскостях. На муфте 3 замка выполнена прямоугольная или коническая опорная

(посадочная) поверхность 6 под элеватор. При необходимости (по заявке потребителя) на муфте и ниппеле фрезеруются поперечные пазы (лыски) 7 только с целью облегчения и ускорения свинчивания и развинчивания замковой резьбы рожковыми ключами размером 55 мм. Для снижения гидравлических потерь на выходе бурового раствора из ниппеля выполнен диффузор 8. На ниппеле и муфте нарезается соединительная резьба 9 (3-52 или 3-53).

Диаметр внутреннего отверстия dм в муфте замка и прилегающей высаженной части трубы больше диаметра внутреннего отверстия dн в ниппеле и прилегающей высаженной части трубы, что позволяет извлекать кусочки грата и стружку из полости трубы в процессе поточного производства.

В процессе приварки трением замков к телу трубы внутри и снаружи образуется валик грата высотой 6-8 мм. В существующих конструкциях бурильных труб размером 50 мм срезанный внутренний грат не удавалось удалять через отверстие dн ниппеля, которое для указанных труб с замком размером 65-67 мм из условия равнопрочности должно быть равно 23-28 мм. Применение муфты и прилегающей к ней высаженной части трубы с увеличенным внутренним отверстием по сравнению с внутренним отверстием ниппеля и прилегающей к нему высаженной части трубы позволило решить проблему удаления грата и стружки из зоны сварки и полости трубы.

В прототипе не представлялось возможным получить опорную поверхность под элеватор необходимой ширины, так как применялась труба-заготовка с наружной высадкой концов.

В замках труб БВ-50×5,5 группы прочности Д, Е и Л использована резьба 3-53 с конусностью 1/5 (ГОСТ 7818-75). Для замков высокопрочных бурильных труб БВ-50×5,5 группы прочности М - резьба 3-52 с конусностью 1/8 и шагом, равным 6,35 мм. Профиль ниток резьбы 3-52 соответствует профилю резьбы ОН (стандарт API 7G, 1998, Table A-1). Средний диаметр dcp резьбы в основной плоскости равен 48,8 мм, длина резьбового конуса ниппеля - 76 мм.

Бурильная труба БВ-50 с приваренными трением замками ЗП-65-25 (резьба 3-53 или 3-52) имеет оптимальные величины параметров и Кв, значения которых приведены в таблице 2. Значения отношения обеспечивается в предлагаемой конструкции труб даже для труб высоких групп прочности Л и М со значениями _т=655-862 МПа и _т=724-930 МПа. Бурильная

труба с несбалансированными замковыми соединениями, как правило, быстро выходит из строя.

За счет удаления внутреннего грата, небольшой длины суженного внутреннего участка dн в замках и наличия диффузора 8 гидравлические потери в трубах снижаются на 20%.

На основании известных технических решений создана бурильная труба размером 50 мм, выгодно отличающаяся от прототипа данного размера, т.е. создана надежная высокопрочная и высокоэффективная труба, позволяющая выполнять работы в глубоких наклонных и горизонтальных скважинах малого диаметра.

В предлагаемой конструкции бурильной трубы размером 50 мм по сравнению с прототипом применены внутренняя высадка концов различного диаметра и приваренные замки оптимального типоразмера и профиля; выполнена опорная поверхность под элеватор. За счет различного проходного отверстия в муфте и ниппеле замка обеспечивается удаление грата и стружки из зоны сварки и полости трубы. Данные технические решения позволяют повысить надежность и работоспособность труб, а также улучшить показатели промывки и бурения скважин.

Таблица 1Основные параметры бурильной трубы БВ-50 с внутренней высадкойРазмеры, мм
Типоразмер		Типоразмер резьбы	Группа прочности (марка)	Dз	Dт		dв	Dм	dн	Iм	Iн
трубы	замка
БВ-50×5,5	ЗП-65	3-53	Д,Е,Л	65,5	50,0	5,5	52,6	33,0	25,5	204	150
БВ-50×5,5	ЗП-65	3-52	М	65,5	50,0	5,5	52,6	33,0	25,5	204	150

Таблица 2Характеристика бурильных труб размером 50 мм с замками ЗП-65-25 с резьбами 3-52 и 3-53
Наименование параметров	Трубы БВ-50×5,5 с замком ЗП-65-25, резьба 3-53				Трубы БВ-50×5,5 с замком ЗП-65-25, резьба 3-52		Оптимальное значение параметров
	Труба гр.прочности (марки)			Замок	Труба гр.прочности (марки)	Замок
	Д	Е	Л		М
Растягивающая нагрузка Q, соответствующая т, при Мкр=0, кН	291	397	503	850	556	945	-
Момент кручения Мкр, соответствующий т, при Q=0, кН·м	3,38	4,60	5,84	4,9	6,45	5,55	-
Отношение Мкр.зам/Мкр.тр	1,45	1,06	0,84	-	0,86	-	не менее 0,81)
Отношение момента сопротивления муфты замка к моменту сопротивления ниппеля,	-	-	-	2,7	-	2,5	2,3-2,7
Коэффициент высадки- муфтового конца- ниппельного конца	1,712,0	1,712,0	1,712,0	-	1,712,0	-	1,6 и более2) 1,6 и более 2)
Примечание:1) Оптимальное значение 0,8 определено требованиями международного стандарта API Spec 7.декабрь 1997, с.9, п.6.3.1; 2) Принят исходя из стендовых исследований выполненных в ОАО «ВНИИтнефть» г.Самары. (Сб.трудов «Повышение работоспособности бурильных обсадных и насосно-компрессорных труб»- Куйбышев: Гипровостокнефть,1982, - с.31-34)

Формула полезной модели

1. Сбалансированная бурильная труба размером 50 мм с приваренными замками ЗП-65-25, включающая тело трубы и приваренный ниппель и муфту, отличающаяся тем, что концы труб выполнены с внутренней высадкой, при этом коэффициент высадки 1,6 и более, приваренные замки и прилегающие к ним высаженные части на концах труб имеют различный внутренний диаметр (dм и dн), на муфте замка выполнена прямоугольная или коническая посадочная поверхность под элеватор, а отношение момента кручения замка к моменту кручения тела трубы превышает величину 0,8.

2. Труба по п.1, отличающаяся тем, что в замках 3П-65-25 с трубами группы прочности М используется соединительная резьба 3-52, а с трубами группы прочности Д, Е, Л - соединительная резьба 3-53.

3. Труба по п.1, отличающаяся тем, что внутренний сварочный грат в муфтовом и ниппельном концах трубы механически удален.

4. Труба по п.1, отличающаяся тем, что в ниппеле замка выполнен диффузор.