В процессе бурения скважины трубы испытывают сложные напряжения. Нижняя часть бурильной колонны, равная примерно 100 м от забоя, под влиянием вращения и осевых нагрузок работает в наиболее тяжелых условиях. Она испытывает напряжения продольного изгиба, кручения и сжатия. Верхняя же часть бурильной колонны испытывает напряжения растяжения и изгиба. Напряжения изгиба в нижней части колонны возникают в результате совместного действия продольной силы сжатия от осевой нагрузки и поперечных центробежных сил инерции. Учитывая тяжелые условия работы бурильных труб в скважине, они должны изготавливаться из материала высокого качества.

По целевому назначению трубы разделяются на бурильные, имеющие правую резьбу на концах, и ловильные с левой резьбой, применяемые для ликвидации аварий и осложнений в скважине. Наличие левой резьбы допускает развертывание оставшегося в скважине инструмента на отдельные звенья и извлечение его по частям.

В геологоразведочном бурении применяют бурильные трубы с наружным диаметром 33,5; 42; 50; 63,5 и 73 мм.

Трубы бурильные, соединяемые муфтами, имеют коническую наружную резьбу муфтового соединения, а трубы, соединяемые ниппелями, — внутреннюю резьбу ниппельного соединения.

Трубы изготовляются из стали марок 36Г2С и Д. Толщина стенки трубы во впадинах резьбы должна быть: для труб диаметром 33,5 мм — не менее 2,2 мм\ 42 мм — не менее 3,9 мм; 50 мм — не менее 3,6 мм.

Бурильные трубы ниппельного соединения применяются при алмазном бурении. При соответствующем подборе диаметра труб и диаметра алмазной коронки обеспечивается минимальный (при существующих стандартах) зазор между бурильной колонной и стенками скважины. Такое соотношение диаметров обеспечивает успешное применение антивибрационной смазки и виброгасящих эмульсий при форсированных режимах алмазного бурения, например, бурильные трубы диаметром 50 мм ниппельного соединения и коронка диаметром 59 мм.

У бурильных труб муфтово-замкового соединения отдельные трубы соединяются в свечй при помощи муфт и ниппелей, а свечи в колонну при помощи замков. Замки, будучи более прочным звеном по сравнению с обычными ниппелями, значительно повышают сопротивление скручиванию в соединениях бурильных труб и, обладая большим внутренним диаметром, чем ниппели, приводят к уменьшению гидравлических сопротивлений движению промывочной жидкости.

Утяжеленные бурильные трубы УБТ. Утяжеленные бурильные трубы предназначены для создания нагрузки на забой при бурении станками вращательного типа. При наличии УБТ в составе инструмента бурильная колонна работает только на растяжение, не давая вибрации под действием продольного изгиба, что обеспечивает, в свою очередь, равномерную и высокопроизводительную работу породоразрушающего инструмента при высоком числе оборотов последнего. Кроме того, при бурении в породах, вызывающих значительное отклонение ствола от заданного направления (искривление скважины), УБТ, являясь жестким направлением сравнительно большой длины и веса, предупреждают возможность искривления скважины.

Утяжеленные бурильные трубы изготовляются из толстостенных трубных заготовок с высаженными концами из стали марок 36Г2С или 40Х под маркой УБТ-У или из проката круглого профиля стали марки 40Х с засверленным каналом для прохода промывочной жидкости марки УБТ-С.

Трубы марки УБТ-У диаметром 73 и 89 мм имеют наружную и внутреннюю высадки концов, а трубы диаметром 108 мм — только внутреннюю высадку с одного конца, со стороны наружной резьбы (ниппеля). Трубы имеют на ронцах коническую замковую наружную и внутреннюю резьбу и соединяются непосредственно «труба в трубу».

Уход за бурильными трубами. Для полноценной и продолжительной работы бурильных труб рекомендуется соблюдать следующие правила.
1. Сборку бурильных труб в комплект следует производить из труб одной марки и одинаковой степени износа.
2. Перед завертыванием замков или муфт нужно внимательно осмотреть резьбу, очистить и смазать ее.
3. Бурильные трубы со значительной кривизной, механическими пороками и изношенные по наружному диаметру трубы более чем на 2 мм, следует отбраковывать.
4. С целью равномерного износа бурильных труб нужно работать ими в определенной последовательности, разбив их на под-комплекты с последующим поочередным включением в бурение.
5. Комплект бурильных труб должен иметь паспорт, в который заносятся сведения об их работе с указанием пробуренного метража.
6. После ликвидации аварии или осложнения следует рассортировать бурильные трубы по их качественному состоянию.
7. При долговременном хранении бурильных труб и замков нужно смазать их отработанным маслом, а резьбу — солидолом.
8. Необходимо следить за целостью бурильных труб при погрузке, перевозке и выгрузке, предохраняя их от ударов, вмятин, изгибов. Категорически запрещается использование труб в качестве ваг или подкладок под механизмы или тяжелые детали.
9. Комплекты левых бурильных труб должны иметь особую маркировку и храниться отдельно от рабочих комплектов.

Рис. 2. Утяжеленные бурильные трубы УБТ-У.
а — труба диаметром 73 мм, б — труба диаметром 89 и 108 мм.

Бурильные трубы, касаясь стенок скважины при вращепии, с течением времени изнашиваются по наружной поверхности. При этом износ происходит неравномерно как по длине труб, так и по их окружности. Наибольший износ наблюдается в трубах ниппельного соединения при бурении в твердых абразивных породах, например в песчаниках. Односторонний износ труб часто является причиной их поломки в процессе бурения, что нередко приводит к затратам значительного количества времени и средств на ловильные работы. С целью повышения износостойкости бурильных труб заводы применяют для их изготовления стали марки 36Г2С, а производственные организации производят закалку поверхности труб токами высокой частоты (ТВЧ). В результате термической обработки бурильных труб ТВЧ твердость стали по шкале Роквелла увеличивается почти в 4 раза. Опытом бурения трубами, обработанными ТВЧ, установлено, что срок их службы повышается на 30—40% по сравнению с обычными.

—

Бурильные трубы служат для спуска бурового снаряда в скважину, обеспечения промывки или продувки ее забоя, передачи вращения породоразрушающему инструменту с поверхности от вращателя станка, передачи осевой нагрузки на забой скважины, подъема бурового снаряда из скважины, транспортировки керна, съемных керноприемников и ликвидации аварий.

Бурильные трубы испытывают в скважине различные напряжения: во время спуска бурового снаряда подвергаются растяжению (особенно в верхней части колонны); в процессе бурения они одновременно подвергаются скручиванию, изгибу, растяжению в верхней и сжатию в нижней частях колонны, вибрационным нагрузкам; при подъеме бурового снаряда, особенно если он заклинен в скважине, они испытывают большие растягивающие усилия, иногда приводящие к обрыву бурильных груб. Кроме того, в процессе вращения бурильные трубы и их соединения подвергаются износу по наружной поверхности, а при спуско-подъемных операциях изнашиваются резьбы, с помощью которых колонна разбирается и собирается в свечи.

Рис. 1. Бурильная труба муфтово-замкового соединения:
а — труба; б — муфта

Рис. 2. Легкосплавные бурильные трубы:
а — ЛБТМ-54: 1 — замок; 2 — труба; 3 — муфта; б — ЛБТН-54: 1 — ниппель типа А; 2 — труба; 3 — ниппель типа Б

Рис. 3. Бурильный замок:
а — ниппель; б — муфта

Бурильные трубы выпускаются как с правой, так и с левой резьбой. Последние применяют при ликвидации аварии и при левом вращении снаряда для уменьшения интенсивности естественного искривления скважин.

По типу соединений бурильные трубы для геологоразведочных работ подразделяются на:
а) трубы бурильные муфтово-замкового соединения;
б) трубы бурильные ниппельного соединения;
в) трубы бурильные, соединяемые непосредственно «труба в трубу».

Бурильные трубы муфтово-замкового соединения, стальные бесшовные, имеют высаженные внутрь (утолщенные) концы для увеличения прочности в местах соединений. Высадка концов труб должна производиться в заводских условиях, после высадки трубы подвергаются термической обработке. Трубы имеют наружную коническую резьбу.

Муфты предназначены для соединения труб в бурильные свечи и имеют внутреннюю коническую резьбу. Размеры бурильных труб и муфт в миллиметрах приведены в табл. 40. Длина муфтово-замковых труб диаметром 42 и 50 мм— 1,5; 3,0 и 4,5 мм, диаметром 63,5 мм — 3,0; 4,5 и 6,0 м; допуски по длине от +100 до —50 мм.

Легкосплавные бурильные трубы разработаны СКВ ВПО «Союзгеотехника» двух типов: муфтово-замкового ЛБТМ-54 и ниппельного ЛБТН-54 соединений.

Бурильные замки для соединения между собой бурильных свечей из труб диаметром 50 мм изготавливают по ГОСТ 7918—75. Замок состоит из ниппеля и муфты, соединяемых между собой как правой, так и левой замковой резьбой.

По заказу производственной организации муфты замков могут изготовляться с кольцевой проточкой вместо прорезей «под ключ» со стороны замковой резьбы. Размеры проточки — ширина 55 м, диаметр 50 мм (при диаметре замка 65 мм).

В соответствии с Техническими условиями Министерства геологии СССР изготавливаются замки 3-42-ТВЧ (ТУ 41-01-309— 77) с индукционно закаленной замковой резьбой, предназначенные для соединения геологоразведочных бурильных труб. Основные размеры замков 3-42-ТВЧ следующие:

Рис. 4. Ниппели:
а — тип А; б — тип Б

Ниппели служат для соединения бурильных геологоразведочных труб в свечи и свечей в колонны выпускаются двух типов:
А — с наружной резьбой на обоих концах; Б — с наружной резьбой на одном конце и внутренней на другом.

Ниппели каждого типа должны изготавливаться как с правой, так и с левой резьбой.

Бурильные колонны стандартного ниппельного соединения не нашли широкого применения из-за разрушения резьбы ниппелей при использовании труборазворотов.