Виды буровых труб, характеристики, особенности использования

Трубы для бурения входят в состав бурильных установок. Они выполняют роль связующего звена между режущим инструментом (долотом) и бурильной аппаратурой. Эти детали нужны для спуска в скважину, образования нужного вращения и нагрузки, а также подъёма рабочих инструментов со дна скважины на поверхность. Помимо этого, они осуществляют подачу бурильного раствора, который выполняет функцию охлаждения режущего элемента. Скважины, которые бурят с помощью бурильного оборудования, классифицируются по продуктам добывания (нефть газ, вода и прочее).

Для бурения скважин применяются особый тип труб с высокими прочностными характеристиками

Особенности бурильных труб

Трубы для буровых установок не имеют соединительных швов – крепление деталей обеспечивается за счет специальных замков с резьбой. Бурильные трубы, являющиеся частью колонной конструкции, соединяются специальными ниппелями. Все виды деталей, используемых в бурильных установках, производятся в соответствии с определенными стандартами и нормами. Сами трубы могут иметь квадратное или круглое сечение.

В зависимости от материала изготовления выделяют следующие виды бурильных труб:

1. Стальные трубы. Изделия из стали наиболее распространены. Диаметр стальной бурильной трубы может варьироваться в пределах от 34 до 168 мм. Стандартный диаметр, чаще всего используемый в буровом оборудовании – 60 мм. Посредством данных труб осуществляется колонковое бурение, подразумевающее высокую скорость вращения долота, поэтому порода разрушается по кольцевой траектории. Стальные трубы имеют повышенную степень надежности, поэтому их применяют для добычи алмазных пород.
2. Трубы из легких сплавов. Изделия из таких сплавов могут иметь разные характеристики и особенности (одним из вариантов трубы из легкого сплава является конструкция с утолщенными концами и круглым сечением профиля). Толщина стенки легкосплавных труб варьируется в пределах от 9 до 17 мм.

Буровое оборудование производится прессовкой. Сырье, которое обрабатывается данным методом, должно предварительно пройти термическую обработку, которая повысит характеристики исходного материала. Для соединения деталей используются замки, отличающиеся достаточно легкой конструкцией.

Для улучшения прочностных характеристик торцевые части деталей утолщаются, в результате чего увеличивается и вес буровой трубы. К крайним участкам трубы сварочным методом крепится специальная муфта и замковый ниппель.

Производственные линии по изготовлению бурового оборудования учитывают все требования, предъявляемые к данным деталям, поэтому на выходе, независимо от группы прочности бурильных труб, получаются качественные элементы, способные выполнять свои функции на протяжении всего эксплуатационного периода.

Важнейшим качеством, которым должно обладать буровое оборудование, является высокая сопротивляемость коррозии. Дело в том, что большая часть деталей постоянно подвергается воздействию влаги, поэтому необходимо свести к минимуму риск разрушения материала. Увеличение стойкости к коррозии достигается за счет специальных обработок. То же самое касается резьбового соединения и других соединительных элементов – все они должны покрываться антикоррозионной смазкой.

Самоходные бурильно-крановые машины

Самоходные бурильно-крановые машины широко применяют в городском строительстве при устройстве свайных оснований зданий и сооружений, опор мостов, трубопроводов, линий электроснабжения и связи, колодцев, ограждений, а также при обустройстве дорог, посадке деревьев и кустарников. Они представляют собой совместно действующее бурильное и специальное крановое оборудование, смонтированное на шасси серийных автомобилей и тракторов, привод которого осуществляется от двигателя базовой машины или самостоятельной силовой установки. Бурильным оборудованием проходят способом механического вращательного бурения вертикальные и наклонные скважины в талых и сезонно промерзающих грунтах, а специальным крановым — устанавливают в пробуренные скважины сваи, столбы, железобетонные опоры, блоки колодезных облицовок и другие элементы.

По типу базовой машины бурильно-крановые машины разделяют на автомобильные и тракторные; по принципу действия бурильного оборудования — на машины цикличного и непрерывного действий; по типу привода бурильного и кранового оборудования различают машины с механическим, гидравлическим и смешанным (гидромеханическим) приводами; по виду исполнения бурильно-кранового оборудования — на машины с совмещенным (бурильное и крановое оборудование смонтированы на одной мачте) и раздельным (бурильное оборудование смонтировано на мачте, крановое — на стреле) оборудованием; по возможности поворота рабочего оборудования в плане машины разделяют на неповоротные и поворотные; по расположению рабочего оборудования на базовом шасси — с задним и боковым расположением у неповоротных машин, на поворотной платформе — у поворотных.

Главный параметр бурильно-крановых машин — максимальная глубина разбуриваемой скважины (м). К основным параметрам относятся: диаметр бурения (скважины), угол бурения (угол наклона оси скважины к горизонту), грузоподъемность кранового оборудования.

В качестве сменного бурильного инструмента бурильно-крановых машин используются лопастные, кольцевые и шнековые буры, закрепляемые на конце бурильной штанги, которой сообщается крутящий момент и усилие подачи.

Лопастной бур (рис. 1, а) состоит из корпуса 1 с двумя копающими лопастями в виде двухзаходного винта, забурника 5 и заслонки 2. Лопасти оснащены сменными резцами 4, разрыхляющими грунт и установленными в резцедержателях 3. Забурник, расположенный на конце бурильной головки, задает буру направление и удерживает его на оси бурения. Заслонки препятствуют просыпке грунта при выемке грунта из скважины. Бур крепится к нижнему концу бурильной штанги с помощью пальца. Шнековый (винтовой) бур (рис. 1, б) представляет собой трубчатый остов 9 с винтовыми транспортирующими грунт спиралями в виде сплошной ленты 10. Шнек имеет хвостовик 11 для крепления на конце бурильной штанги. К шнеку крепится сменная бурильная головка 8 с резцами 7 и забурником 6.

Рис. 1. Буры бурильно-крановых машин

Кольцевой бур (рис. 1, в) разрушает грунт по периферии и формирует кольцевую щель, отделяющую керн от массива. Бур состоит из корпуса 12 в виде трубы, на нижней торцевой части которой равномерно расположены кулачки 14 с резцами 15. Поверхность корпуса бура снабжена винтовыми лопастями 13, транспортирующими разрушенный грунт (породу) из кольцевой щели на дневную поверхность. Две отклоняющие планки 16 отбрасывают разрушенный грунт к наружной стенке кольцевой щели.

При бурении скважин в мерзлых грунтах применяют резцы и забурники, армированные твердосплавными пластинками. Бурение скважин осуществляется при вращении бурильного инструмента с одновременным его движением вниз. В процессе бурения скважина необходимой глубины образуется за несколько повторяющихся циклов, каждый из которых включает последовательно выполняемые операции бурения, подъема бурильного инструмента на дневную поверхность, его разгрузку и возврат в забой.

Для бурения скважин различных диаметров каждая бурильно-крановая машина комплектуется набором сменного бурильного инструмента.

Виды буровых труб

Все бурильные трубы делятся на два основных вида:

1. Цельные. Данная категория изделий представляет собой монолитную деталь, имеющую утолщения по краям. Производство таких элементов осуществляется по описанной выше схеме: сначала детали прокаливаются, а после этого проходят механическую обработку.
2. Сборные. С точки зрения производства основное отличие сборных бурильных труб заключается в использовании горячекатаной заготовки. Такие элементы оборудуются специальными элементами, которые прикручиваются к краям трубы.

Еще один способ классификации буровых труб подразумевает их разделение в зависимости от материала изготовления. В качестве базового сырья может выступать сталь или легкие сплавы.

Кроме того, существует классификация, согласно которой выделяются следующие типы деталей:

• Обычные;
• Утяжеленные;
• Ведущие.

Транспортировка, хранение

Для транспортировки бурильных труб можно использовать все основные виды транспорта — автомобильный, водный, воздушный, железнодорожный. Для удобства рекомендуется упаковывать отдельные трубы в небольшие пакеты, которые удобно переносить, транспортировать. В случае железнодорожного или автомобильного транспорта упаковки рекомендуется привязывать к специальным брусьям, которые имеют надежную фиксацию на платформе или в грузовике. Трубные изделия допускается перевозить с помощью вертолетов с помощью грузовых платформ.

Правила хранения:

• Оптимальный способ хранения — это применение стеллажей. Стеллажи должны иметь надежную фиксацию, чтобы предотвратить самопроизвольное перекатывание. Стеллажи должны соприкасаться с трубными изделиями минимум в трех точках (в противном случае сохранность изделий не гарантируется). Минимальное расстояние между полом и опорой стеллажа должно составлять 35 сантиметров.
• Детали должны быть рассортированы по группам. В случае обнаружения повреждения изделие должна быть помещена на отдельный стеллаж. Каждый стеллаж должен быть оснащен небольшой информационной табличкой, где кратко описаны характеристики изделий (в случае поврежденных изделий необходимо прикрепить табличку с надписью «БРАК»).
• Самым чувствительным элементом является резьба. Во время хранения на складе резьба каждого изделия должна быть смазана смазкой, которая предотвращает ее коррозию. Тип смазки зависит от множества параметров — температурный режим, длительность хранения и другие. После нанесения защитной смазки резьбу также нужно защитить с помощью предохранительных резьбовых деталей, которые увеличивают срок годности смазки. Процесс нанесения смазки и защитного покрытия называют консервацией.
• В случае нарушения герметизации либо по истечении срока действия смазки необходимо выполнить повторную консервацию. Для этого предохранители свинчиваются, а остатки смазки стираются с помощью специальных тряпок. После этого наносится новый слой консервационной смазки, прикручиваются новые защитные детали. Основные примеры разгерметизации — контакт с щелочами или кислотами, длительное нахождение на открытом воздухе (более 1 года), длительный контакт с водой (более 2 недель).

Обычные буровые трубы

Для изготовления обычных труб может использоваться сталь или сплавы на основе алюминия. Основной отличительной особенностью данного типа труб является круглое поперечное сечение. Толщина стенок данных изделий находится в пределах от 4,75 до 11 мм. Соединение труб возможно за счет использования замков с конической резьбой.

Легкосплавные буровые трубы, которые тоже относятся к данному виду, в большинстве случаев проходит обработку, обеспечивающую повышение прочности готовых изделий. Края деталей имеют утолщение, существенно продлевающее срок службы труб и увеличивающее их функциональность.

Классифицирование установок по методу бурения

Для механического разрушения породы используется несколько способов бурения.

Буровые машины

Шнековое. Технический параметр работ подразумевает резцовое разрушение породы буровым механизмом с одновременным выбросом ее на поверхность.

Шарошечное. Разрушение породы происходит ударным способом, при котором порода истирается и выносится на поверхность воздушным потоком.

Ударно-вращательный способ бурения осуществляется машинами с установленным пневматическим ударником. Выброс породы происходит за счет работы дополнительного оборудования – компрессора.

Виды буровых установок, используемых для определенных пород

Установки вращательного типа бурения. К забою машины установлен вращающийся механизм, который вырезает породу. В качестве ударника используется утяжеленная коронка или долото.

Вращательно-ударные установки. Вырезка породы осуществляется одновременным вращением забоя и ударными тактами. Долото или ударная болванка имеет армирующий усилитель. В некоторых случаях устанавливается алмазная коронка.

Ударный (снарядный) способ. Для проделывания отверстий в рыхлых, осадочных породах, применяют метод на основе ударов по установленному забою. Метод ударного бурения используется для получения отверстий не более 100 м.

Схема ударного бурения

Конструкции вибрационного типа. Через магистрали двойных труб подается вибрация от генератора, который является вторичной машиной бурового модуля. Виброзонд осуществляет вырезку породы и по смежным механизмам выбрасывает ее наверх.

Комплекс огнеструйного бурения. Для установки скважины в твердых, кристаллических горных породах, используют газовые струи для разрушения основы грунта. Установка приводится в рабочее состояние с помощью газа, который производит горение в недрах.

Разрядно-импульсное бурение производит разрушение и выброс породы с помощью электроимпульсов. Применяется при глубинной работе.

Взрывное бурение применяют при геологоразведке в горных массивах и труднодоступных местах.

Классификация по типу бурового вращателя

В зависимости от специфики вращательного механизма, конструкции подразделяются на несколько видов.

Шпиндельный механизм вращателя. Машины с такой модификацией вращателя считаются технически устаревшими, используются для комплектации скважин до 200 м в небольших промышленных предприятиях.

Установка роторного вращателя позволяет эксплуатировать комплекс в осадочных и горных породах на глубину выше средней.

Подвижный вращатель – современная технология, применяемая во всех отраслях, позволяет получать отверстия как при сверхглубоком, так и при поверхностном бурении.

Утяжеленные

Для изготовления утяжеленных бурильных элементов используется преимущественно сталь, а сами изделия имеют круглый профиль сечения. Базовый материал представляет собой ковку, которая для упрочнения проходит термическую или механическую обработку. Утяжеленные элементы позволяют передавать на рабочие элементы оборудования большее усилие, для чего и нужна повышенная прочность.

Кроме изделий круглой формы, также применяются утяжеленные трубы с квадратным профилем. Область их применения – это скважины, которые при разработке серьезно искривились. Помимо уже описанных видов сечения профиля, такие изделия могут иметь шестигранное сечение. Утяжеленная буровая труба может быть и ведущей, и в таком случае ее устанавливают над колонной.

Размеры буровых труб данной категории выглядят так: толщина стенки находится в пределах от 16 до 50 мм, а внешний диаметр – от 79 до 279 мм. Стыковка отдельных элементов в общую конструкцию осуществляется посредством резьбового соединения. Каждая утяжеленная труба имеет соответствующую маркировку и используется в обычных условиях эксплуатации. Утяжеленные буровые трубы могут работать на глубине от 2000 до 2500 м.

Учитывая высокую степень нагрузки, которую приходится выдерживать данному типу изделий, их выпускают в более короткой форме по сравнению с остальными видами. Уменьшенная длина позволяет нормально работать в сложных условиях даже тем трубам, которые расположены на самом верху конструкции.

Комплектующие импортного производства

Ведущие

Форма сечения ведущих труб может быть достаточно разнообразной и иметь много граней. Стандартные изделия могут иметь четыре, шесть или восемь граней. Как правило, ведущие элементы располагаются вверху колонны. В отличие от утяжеленных труб, ведущие детали имеют полноценную длину, но и увеличенную толщину – нагрузки достаточно высоки, а оборудование должно их выдерживать. Для увеличения толщины используется внутренняя, внешняя или комбинированная высадка.

Высокая толщина буровых труб обусловлена еще и тем, что бурильное оборудование может работать в достаточно тяжелых условиях. Например, при разработке рассыпчатых горных пород (песка или щебня) скорость износа оборудования крайне высока, поэтому детали очень быстро выходят из строя. Положение ухудшается еще и тем, что под неустойчивыми грунтами может быть достаточно жесткая вода, которая тоже основательно сокращает срок службы бурильных труб.

Ошибки при самостоятельном бурении на воду

Начинать бурение на воду рекомендуется с малых глубин, чтобы набраться хотя бы немного опыта

Опыт в вертикальном бурении – самое важное! Научиться можно только на практике. Научитесь избегать клина буровой колонны

Новички по неопытности часто «ловят клин» и теряют буровые штанги. Иногда бур заклинивает настолько, что вытащить невозможно даже краном, конструкция просто отрывается (обычно в местах сварки).

Ошибки обходятся недёшево – теряется дорогой инструмент. Поэтому в гидробурении нельзя форсировать события и сразу делать глубокие скважины. К этому делу подходите ответственно и аккуратно.

Читайте литературу, книги и . Эта работа требует много знаний, которые невозможно передать в двух словах, поэтому самообразование обязательно.

Другие виды бурильных труб

Помимо стандартных видов труб, описанных выше, имеются и другие виды деталей. Одним из них являются трубы, на которые навинчиваются замки, а края изделий могут находиться как снаружи, так и внутри. Длина таких труб варьируется в пределах от 6 до 11,5 м. Маркировка труб с внутренней высадкой – «ТБВК», а с внешней – «ТБНК».

Также стоит вспомнить и о трубах с приваренными краями. Как правило, такие бурильные элементы используются для разработки сложных и непостоянных пород.

Заключение

Отрасль производства бурового оборудования постоянно развивается, поэтому постепенно появляются новые виды элементов, необходимых для разработки пород. Тем не менее, старые проверенные решения тоже неплохо справляются со своей работой и позволяют разрабатывать любые породы, с которыми приходится сталкиваться в горнодобывающей промышленности.

Область применения

• бурение артезианских скважин на воду с промывкой, глубиной до 150-300 метров (зависит от шасси);
• бурение скважин с промывкой под геотермальное отопление до 150 метров и более;
• бурение водозаборных скважин на песок всухую шнеками, благодаря высокому крутящему моменту вращателя;
• бурение скважин под БВР с использованием погружных пневмоударников
• бурение скважин под инженерно-геологические изыскания, колонковым способом, обуривающими грунтоносами, с полыми проходными шнеками, обеспечивающими отбор монолитов с одновременной непрерывной обсадкой;
• бурение водозаборных скважин на песок всухую по лыми шнеками, с одновременной непрерывной обсадкой, с возможностью установки фильтровой колонны непосредственно в колонну шнеков;
• бурение скважин с продувкой, а также погружными пневмоударниками (дополнительно необходим компрессор);
• бурение скважин на воду или геотермальное тепло погружными пневмоударниками с одновременной непрерывной обсадкой по технологии SYMMETRIX и Duplex (дополнительно необходим компрессор);
• бурение под сваи диаметром до 350 мм. С использованием полых проходных шнеков обеспечивается производство буроинъекционных свай с одновременной непрерывной обсадкой;
• винтовые сваи;
• бурение скважин под шпунтовые ограждения диаметром до 350 мм;
• бурение под опоры, фундаменты заборов и другие задачи.

Размер и тип насоса

Для расчёта обсадной трубы, необходимо составить схему, согласно которой объект будет снабжаться водой. На неё наносят все пункты, которые следует обеспечить водой. Максимальные расходы по сантехнике суммируют, и по сумме показателей судят о минимуме производительности прибора.

Если не делать расчеты, то можно ориентироваться на среднестатистические показатели. Например, оптимальный расход воды для 4-5 человек — 3 куб.м в час. Большее количество жильцов и наличие хозяйства увеличивают количество потребляемого ресурса до 5 куб. м.

Стоит обратить внимание: насос должен иметь наибольшую возможную производительность на 25% меньшую, чем дебит скважины. Если в какой-то момент вода будет выкачана полностью, то имеется риск, что более мощный насос может сгореть.

Насос, имеющий определенные габариты, можно подбирать по марке. Для расчёта размера обсадной трубы, нужно знать наружный диаметр насоса, обозначенный в паспорте, к нему прибавить 4-5 мм (это минимальный зазор, предоставляющий насосу возможность свободно перемещаться), а также толщину стенки, помноженную два.

При расчете диаметра наиболее востребованных насосов обычно получаются следующие результаты:

• если расход от 3 до 7 куб. м. в час, то подойдёт насос диаметром 3 дюйма (76 мм), который можно устанавливать в трубу, имеющую наружный диаметр 89;
• обеспечить производительность от 5 до 14 куб. м. в час способен насос на 4 дюйма (102 мм), состыкованный с обсадной трубой, чей наружный диаметр 104.

Четырехдюймовые насосы пользуются наибольшей популярностью, тогда как трехдюймовые не столь многочисленны, но не менее надежны, чем большие. Тонкие приборы отличаются чуть меньшей массой, зато имеют более внушительную длину (на 25-30%), нежели более крупные аналоги. Один из самых известных вариантов на 76 мм — «Водолей», расходующий 2 куб.м. в час, монтируют в трубе, диаметр которой 100 мм, а его версия на 4,3 куб.м. в час подходит для трубы 125 мм.