Назначение обсадных труб. При бурении нефтяных скважин стальные трубы используют для передачи вращения породоразрушающему инструменту, для крепления стенок скважин в процессе бурения и эксплуатации, для транспортировки нефтепродуктов на поверхность и других целей.
Стоимость труб в общей стоимости бурового оборудования составляет около 60%. По своему назначению трубы нефтяного сортамента разделяют на бурильные, утяжелённые бурильные, рабочие (или ведущие) бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы. При бурении и эксплуатации скважин из труб этих видов составляют бурильные, обсадные и насосные колонны, в которых отдельные трубы соединяют между собой с помощью специальных резьбовых соединений. Передачу вращения породоразрушающему инструменту (в случае роторного способа), транспортировку жидкости или газа для очистки забоя скважины от разрушенной породы осуществляют с помощью бурильной колонны.
Для предохранения скважин от обрушения в скважину опускают колонну обсадных труб. Обычно обсадная колонна состоит из следующих элементов (рис.1): Направление (а) служит для крепления устья скважин и направления потока промывочной жидкости. Направление опускается на глуби- ны порядка 4-6 м. Кондуктор (б) служит для перекрытия верх них слабых слоёв пород, для изоляции сква- жин от возможного притока грунтовых вод и обеспечения вертикального направления стволу скважины.
Кондуктор обычно опуска ется на глубину 40-60 м, а в глубоких сква- жинах – до 600 м. Промежуточные колонны (в) опускают в за- висимости от общей глубины скважины на 2000-3000 м, они в основном служат для ра зобщения пластов. Эксплуатационная колонна (г) служит для изоляции продуктивного горизонта от дру- гих и обеспечивает доступ к нему. Иногда её используют для извлечения нефти и газа на поверхность.
Обсадные трубы испытывают три вида нагрузок – растяжение, наружное (сминающее) и внутреннее давление. Растягивающие нагрузки вызываются собственным весом колонны обсадных труб. Обычно напряжения в обсадных трубах соответствуют разности наружного и внутреннего давлений. Но в некоторых случаях трубы могут оказаться под действием только наружного или только внутреннего давления.
В этом случае трубы находятся в наиболее тяжёлых условиях работы. Для транспортировки нефтепродуктов на поверхность используют колонны, составленные из насосно-компрессорных труб.[2] 2. Сортамент и технические требования, предъявляемые к обсадным трубам Изготовление труб для нефтяной и газовой промышленности производится по специальным стандартам или техническим условиями, в которых строго регламентированы: размеры труб по диаметру и толщине стенки, длина труб, размеры соединений, категория прочности материала, а также точность изготовления труб и резьб, виды и методы испытаний.
В СНГ обсадные трубы изготавливают по ГОСТ-632-57 только бесшовными диаметром 114-426 мм с толщиной стенки 6-14 мм. Длина резьбы на трубах увеличивается с 79,5 до 98,5 мм по мере роста диаметра независимо от толщины стенки. Проект стандарта на обсадные трубы, взамен ГОСТ 632- 57, включает размеры труб по диаметрам (как принятые в практике СНГ, так и за рубежом) с толщиной стенки 6-14 мм. Аналогично APIstd5A в проекте предусмотрено изготовление труб с длинной и нормальной (короткой) резьбой. Причём длина резьбы такая же, как и в зарубежных стандартах.
Для труб диаметром 127; 139,7; 177,8-298 мм с толщиной стенки 6-8 мм предусмотрена укороченная нормальная резьба. В СНГ разработан проект специального государственного стандарта на сварные обсадные трубы диаметром 426-530 мм с толщиной стенки 8-12 мм. Для крепления неглубоких скважин более экономично применение сварных тонкостенных труб вместо бесшовных.
Поэтому необходима организация производства таких труб диаметрами 114-426 мм с толщиной стенки 4-6 мм для скважин неответственного назначения. Стандарты на трубы нефтяного сортамента не определяют применяемый материал, а задают только минимальные значения показателей механических свойств (σb, σs, δ, ψ, ak). Таблица 1 Механические свойства материала обсадных труб Категория прочности Предел прочности, Мн/м²(кг/мм²) Предел текучести, Мн/м²(кг/мм²) Удлинение, % А 411,9 (42) 245,2 (25) 25 С 539,4 (55) 313,8 (32) 18 Д 637,4 (65) 372,6 (38) 16 К 686,5 (70) 490,3 (50) 12 Е 635,5 (75) 539,4 (55) 12 Л 931,6 (95) 637,4 (65) 12 М 980,6 (100) 735,5 (75) 12 Обсадные трубы в обязательном порядке подвергают гидравлическим испытаниям для проверки прочности тела трубы и герметичности резьбового соединения.
Стандартом API предусмотрено испытание внутренним гидравлическим давлением обсадных труб диаметром до 245мм, вызывающим в теле трубы напряжения, равные 80% от предела текучести материала, а труб большого диаметра – 60%. Для высокопрочных труб, идущих на глубокие скважины, рекомендуют доводить напряжения в теле трубы до 95% от предела текучести материала [3]. 3.