Перспективи застосування легкосплавних бурильних труб із зовнішнім спіральним ребранням для буріння

Використання зображень світла-алої drill pipes with outer spiral finning for drilling of horizontal wells and offshoots ("rat holes")

V. Basovich, I. Buyanovsky, "Akvatik-Drill Pipe" LLC, V. Sapunzhi, "Drill Pipes" Ltd

ТОВ «Акватик – Бурильні труби» та ТОВ «Бурильні труби» розробили та виготовили дослідну партію легкосплавних спіральних бурильних труб, застосування яких підвищує поздовжню стійкість бурильної колони, знижує ймовірність прихватів інструменту, покращує очищення горизонтальної частини стовбура свердловини від вибуреної. 5>

«Aquatic - Drill pipes» LLC і «Drill pipes» LLC розробив і створений pilot batch of light-alloy spiral drill pipes, які використовують ущільнення drill string's lateral stability, збільшують можливість інструменту sticking, betters cleaning of drilled rock.

Основними обмеженнями при бурінні нижніх інтервалів горизонтальних свердловин (ГС) є проблеми очищення стовбура від шламу, а також складності при доведенні осьового навантаження і моменту, що обертає, до долота в процесі подолання сил опору переміщенню і обертанню бурильної колони (БК). Враховуючи, що за цих умов вся БК, за винятком її верхньої частини, знаходиться в стислому стані, необхідно крім загальноприйнятого розрахунку колони на розтягування та кручення виконувати розрахунки БК на поздовжню стійкість при стисканні. Найнебезпечнішим наслідком дії стискаючих навантажень є локальна втрата БК поздовжньої стійкості, яка відбувається спочатку у формі плоскої синусоїди, що переходить у міру збільшення навантаження до виду просторової спіралі, – такзваний «баклінг», відповідно, I чи II роду. При бурінні з обертанням БК «баклінг» проявляється також у формах плоскої синусоїдальної або просторової спіральної змійки, що коливається, планетарно обкатується навколо осі свердловини при дії поєднання навантажень: стискаючих поздовжніх і відцентрових поперечних. Перевищення стискаючих зусиль понад критичні навантаження «баклінга» супроводжується прогресуючим зростанням зусиль, що притискають в контакті «БК – стінки свердловини», що може призвести до «зависання» і заклинання колони. При бурінні ГС для боротьби з «баклінгом» стиснутої частини БК, згідно з рекомендаціями [1], використовуються такі методи:

застосування більш жорстких компоновок БК, що включають труби товстостінні, зі збільшеним зовнішнім діаметром, зі спіральним ребруванням зовнішньої поверхні, а також оснащені протекторами в центрі труби;
зниження ваги БК на горизонтальній ділянці;
зниження опорів при переміщенні БК шляхом покращення очищення ГС, включенням у компонування спеціальних пристроїв типу «гідроклін» та застосуванням збільшених частот обертання труб (понад 120 об/хв);
обмеженням режимів буріння як «слайдингу», тобто. без обертання БК, застосовуючи при необхідності коригування траєкторії ствола роторні керовані системи (РУЗ).

Усі вищезгадані рекомендації спрямовані, з одного боку, на підвищення поздовжньої жорсткості БТ, з іншого – зниження опорів при переміщенні БК по ГС. Однак неважко помітити, що наведені рекомендації містять вимоги, що взаємно суперечать: збільшення жорсткості сталевих бурильних труб завжди пов'язане зі збільшенням їх ваги, а отже, зі зростанням опорів переміщенню і обертанню БК. Крім того, застосування високих частот обертання БК викликає підвищений знос.замків та тіла труб на горизонтальній ділянці стовбура, а також знижує експлуатаційну довговічність бурильних труб. Таким чином, оцінка ефективності заміни сталевих бурильних труб (СБТ) на легкосплавні бурильні труби підвищеної надійності (ЛБТПН), у тому числі оцінка можливості збільшення при цьому осьового навантаження на долото та протяжності ГС, зрештою, залежить від співвідношення вагових параметрів та критичних сил «баклінгу» для зіставлюваних труб та умов буріння. Вирішення вищезгаданих проблем у багатьох випадках може бути досягнуто при використанні легкосплавних бурильних труб з алюмінієвих сплавів із зовнішнім гвинтовим спіральним ребруванням (ЛБТПН-С), що пов'язано зі специфічними фізико-механічними властивостями алюмінієвих сплавів, що забезпечили. До таких властивостей відносяться невелика питома вага, висока плавучість у буровому розчині, питома міцність, більш висока, порівняно з СБТ, гнучкість, що полегшує вписуваність труб сильно викривлені ділянки стовбура і т.д. В даний час ТОВ «Акватик – Бурильні труби» та ТОВ «Бурильні труби» завершили розробку та виготовили дослідну партію легкосплавних спіральних бурильних труб ЛБТПН-103х11С з високоміцного алюмінієвого сплаву 1953Т1, включення яких у компонування БК 139,7 – 155,6 мм дозволить, порівняно із застосовуваними СБТ аналогічного призначення, забезпечити:

підвищену поздовжню стійкість БК за рахунок збільшення згинальної жорсткості ореброваних бурильних труб;
знизити прикладені до БК сили та моменти опору за рахунок кратного зменшення ваги алюмінієвих труб у буровому розчині;
зменшити ймовірність виникнення прихватів інструменту за рахунок зменшення площі контакту БК зі стінками ГС свердловини;
покращити очищення горизонтальної частини стовбура свердловини від вибуреної гірської породи за рахунок більш ефективного видалення відкладень шламу в зоні «лежачої» стінки свердловини спіральним ребранням, що обертається.

Обґрунтованість таких припущень підтверджується як виконаними експериментальними дослідженнями, так і позитивним досвідом застосування сталевих спіральних УБТ-С у складі КНБК при бурінні похило-спрямованих та горизонтальних свердловин. ЛБТПН-103х11С (рис. 1) складається з алюмінієвої труби (поз. 1) з нагвинченими елементами сталевого замку – муфтою (поз. 2) та ніпелем (поз. 3), за бажанням замовника може бути виготовлена з алюмінієвих сплавів Д16Т чи 1953Т1.