СБАЛАНСИРОВАННАЯ БУРИЛЬНАЯ ТРУБА РАЗМЕРОМ 50 ММ С ПРИВАРЕННЫМИ ЗАМКАМИ

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.
M
H
т
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 к моменту сопротивления ниппеля W 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 σ 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.
м
н
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 и d), 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.
т
т
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 σ=655-862 МПа и σ=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
δ
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 σт, при Мкр=0, кН
291
397
503
850
556
945
-
Момент кручения Мкр, соответствующий σт, 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 0,8<sup>1)</sup>
Отношение момента сопротивления муфты замка к моменту сопротивления ниппеля, <img he="10" wi="7" file="00000007.tif" img-content="undefined" img-format="tif" />
-
-
-
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 более<sup>2)</sup>1,6 и более <sup>2)</sup>
Примечание:<sup>1)</sup> Оптимальное значение ≥ 0,8<img he="11" wi="20" file="00000005.tif" img-content="undefined" img-format="tif" /> определено требованиями международного стандарта API Spec 7.декабрь 1997, с.9, п.6.3.1;<sup>2)</sup> 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)