Бурильные трубы: без права на разрыв

Drill pipe: no right to break

S. BILAN, Opening company TMK, A. BYKOV, TMK-Premium Service Ltd, A. EMELIANOV, TMK Trading House CJSC

Для специалистов в области строительства скважин не является секретом, что до распада Советского Союза в мире параллельно существовали две школы бурения скважин – американская и советская. Одним из основных отличий школ было применение турбобуров при бурении скважин в России и бурение роторным способом в США. Отсюда и различные требования к трубам и оборудованию скважин. В силу технологических особенностей роторного способа бурения на Западе наибольшим спросом пользуются высокопрочные бурильные трубы с пределом текучести 931МПа и более, в то время как в России рынок бурильных труб до недавнего времени состоял в основном из труб групп прочности Д и Е.

TMK upgrade production capacity, making high quality high-strength drill pipes for use in difficult and even extreme conditions.

С приходом на отечественный рынок буровых услуг иностранных подрядчиков с передовыми технологиями горизонтального бурения и заканчивания скважин структура спроса на бурильные трубы изменилась, и сегодня сегмент высокопрочных труб занимает уже около 70% данного рынка. Кроме того, к бурильным трубам, учитывая их высокую стоимость, предъявляются дополнительные требования в части нанесения внутренних гладкостных покрытий, армирования бурильных замков противоизносной наплавкой, удлиненными бурильными замками и проч.

Для того чтобы соответствовать новому спросу, российским производителям буровых труб пришлось вложить существенные средства в модернизацию своих мощностей.

Масштабная модернизация

Крупнейшим производителем бурильных труб в России является «Трубная металлургическая компания» (ТМК). Точнее – входящие в ТМК ОАО «Синарский трубный завод» (выпускает бурильные трубы в сортаменте от 60 мм до 127 мм) и ОАО «Таганрогский металлургический завод» (114 –140 мм). Группы прочности труб и их основные свойства соответствуют требованиям ГОСТ Р 50278 «Трубы бурильные с приваренными замками» и API Spec 5DP «Требования к бурильным трубам».

В 2008 г. с пуском стана PQF (Premium Quality Finishing Mill) на ОАО «Тагмет» произошел значительный технологический прорыв в производстве бурильных труб. Оригинальная конструкция трехвалковых прокатных клетей стана, расположенных со смещением на 60° относительно друг друга, обеспечивает более равномерную деформацию металла, что гарантирует стабильное высокое качество наружной и внутренней поверхностей труб. Особенности новой технологии стана PQF также позволяют ужесточить практически в три раза допуски выпускаемой трубной продукции по геометрическим параметрам по сравнению с самыми жесткими российскими и зарубежными стандартами.

Прокатный агрегат стана PQF обеспечен автоматизированной системой контроля качества QAS (Quality Assurance System). Данная система предназначена для непрерывного подтверждения качества труб и состоит из 11 измерительных станций, которые производит бесконтактный и надежный замер технологических параметров процесса, а также геометрических параметров заготовок и полученных труб после каждой технологической операции. В частности, для измерения толщины стенки трубы используется уникальный лазерно-ультразвуковой прибор марки Lasus.

С целью производства бурильных труб с удлиненной переходной зоной высадки и повышенными характеристиками сопротивления усталостным разрушениям на ЗАО «Тагмет» и ЗАО «СинТЗ» введены в эксплуатацию новые прессы высадки производства немецкой компании SMS Meer. Данное оборудование позволяет изготавливать бурильные трубы с высадочной частью как по ГОСТ Р 50278 и API Spec 5DP, так и с увеличенной длиной – более 100 мм.

На заводах ТМК в 2008 г. введены в эксплуатацию участки термической обработки производства итальянской Olivotto. Здесь трубы подвергаются газопламенному нагреву с целью улучшения прокаливаемости и получения равновесной структуры металла труб по всему сечению трубы, что дает возможность проводить длительный высокотемпературный отпуск. При этом все процессы автоматизированы, и влияние человеческого фактора полностью исключено. Установки термической обработки позволяют заводам ТМК производить высокопрочные бурильные трубы, а также трубы, стойкие к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением и хладостойкие для строительства скважин в арктических районах.

С целью ужесточения неразрушающего контроля труб проведена реконструкция установки фирмы «Декот» на дефекты поперечной, продольной ориентации и под углом к оси трубы на основе рассеяния магнитного потока и ультразвукового контроля. Введены дополнительный магнитолюминесцентный контроль и ультразвуковой контроль для особо ответственных зон сварки тела бурильной трубы и бурильных замков.

Весь этот комплекс мероприятий был выполнен только с одной целью – предоставить потребителям надежный инструмент для строительства скважин. Возьмем, к примеру, такой параметр, как допуск по толщине стенки трубы. У ТМК он снижен до 5%, взамен используемых ранее 12,5%. Это без малого на 7% увеличивает допустимую нагрузку на растяжение, которую можно приложить к бурильной трубе в экстремальных условиях ликвидации прихвата бурильной колонны.

Надежное соединение

В традиционной конструкции бурильных труб слабым местом по-прежнему остается бурильный замок. Для наиболее востребованных типоразмеров труб эффективность замка (отношение нагрузки на кручение, которое выдерживает бурильная труба, к нагрузке на кручение, которую выдерживает бурильный замок) составляет порядка 80 – 90%. С целью увеличения данного показателя, а также для повышения эффективности при одновременном кручении и растяжении (то есть при самых характерных нагрузках, возникающих при аварийных ситуациях в бурении) ООО «ТМК-Премиум Сервис» разработан высокомоментный бурильный замок ТМК-TDS (рис. 1).

Рис. 1. Общий вид бурильного приварного замка ТМК-TDS

Особенностью конструкции замка ТМК-TDS является дополнительный второй упор (рис. 2), вступающий в действие при увеличении момента свинчивания соединения. Данный замок позволяет выдерживать моменты свинчивания на 35 – 70% большие, чем стандартные замки, в зависимости от диаметра. Профиль резьбы позволяет использовать любой стандартный буровой инструмент. Вышеописанная конструкция решает проблему производства бурильных труб высоких групп прочности (G105, S135) c увеличением срока службы резьбовой части замка.

Рис. 2. Чертеж конструкции внутреннего дополнительного упора

В условиях лаборатории ЗАО «ВНИИТнефть» успешно завершен комплекс стендовых испытаний двух типоразмеров замков для бурильных труб ТМК TDS-127-65 и ТМК TDS-168-89 – рабочие характеристики замка новой конструкции сравнивались с бурильным замком, изготовленным в соответствии с ГОСТ 27834-95. В частности, были проведены испытания стойкости резьбы замка к истиранию при скручивании под действием осевого сжимающего усилия, имитирующего действие свечи бурильных труб при сборке, определение эксплуатационного и максимального моментов свинчивания, а также определение характеристик замка от совместного действия кручения и растяжения.

Результаты подтвердили высокие эксплуатационные свойства замков новой конструкции. Фактические максимальные крутящие моменты превышали на 38% для замка ТМК TDS-127-65 и 29% для замка TDS-168-89 аналогичные значения для стандартных замков. Таким образом, данные замковые соединения можно рекомендовать при строительстве скважин в сложных геологических условиях, при бурении с высокой интенсивностью набора кривизны, а также для использования при аварийных работах.

Опытно-промысловые трубы с данным типом замков поставлены на Кечимовское месторождение компании «ЛУКОЙЛ» для испытаний при бурении горизонтальных участков скважин в следующих условиях:

Труба 89х9,35 EU G-105.

Замок ТМК-TDSA 127-65

Крутящий момент 19 300 Нм.

Испытания начались в ноябре 2009 г. и продолжаются до сих пор, нареканий к трубам с данным бурильным замком на данный момент не имеется. Испытания будут идти до полной выработки.

Бурильные трубы: без права на разрыв

Масштабная модернизация

Надежное соединение

Комментарии