Обзор современных мировых технологий изготовления труб, применяемых в геологоразведочном бурении

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обзор современных мировых технологий изготовления труб, применяемых в геологоразведочном бурении

Степанчукова Анна Викторовна, магистрант, направление подготовки 15.04.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств, Оренбургский государственный университет, Оренбург

Научный руководитель: Белоновская Изабелла Давидовна, доктор педагогоческих наук, профессор, профессор кафедры технологии машиностроения, металлообрабатывающих станков и комплексов, Оренбургский государственный университет, Оренбург

Аннотация

Разведка и введение в эксплуатацию новых месторождений полезных ископаемых является базой для динамического развития экономики России. Обеспечение геологоразведочных организаций современным оборудованием и буровым инструментом отечественного производства невозможно без совершенствования материалов и технологии их обработки. В связи с чем, цель данной работы - исследование зарубежных технологий производства бурильных труб для комплексов со съемным керноприемником (ССК) в сравнении с отечественными аналогами. В ходе исследования были рассмотрены основные особенности геологоразведочного бурения на твердые полезные ископаемые методом ССК. Произведен сравнительный анализ механических и эксплуатационных характеристик замковых соединений бурильных труб иностранных и российских производителей. Показаны основные преимущества индукционного нагрева при термической обработке бурильных труб. Обозначена актуальность дальнейших исследований. бурильный труба геологоразведочный

Ключевые слова: геологоразведочное бурение, бурильная труба, бурение со съемным керноприемником, индукционная термическая обработка, закалка ТВЧ, механические свойства, ударная вязкость.

REVIEW OF MODERN WORLD TECHNOLOGIES FOR THE MANUFACTURE OF PIPES USED IN EXPLORATION DRILLING

Stepanchukova Anna Viktorovna, post-graduate student, training program 15.04.05 Design and technological support of machine-building industries, Orenburg State University, Orenburg

Research advisor: Belonovskaya Isabella Davidovna, Doctor of Pedagogical Sciences, Professor, Professor of the Department of Mechanical Engineering Technology, Metalworking Machines and Complexes, Orenburg State University, Orenburg

Abstract

Key words: exploration drilling, drill pipe, drilling with a removable core receiver, induction heat treatment, HFC hardening, mechanical properties, impact strength.

По объему разведанных запасов минерального сырья Россия занимает ведущее место в мире, имея развитую минерально-сырьевую базу. На сегодняшний день в России открыто и разведано около 20 тыс. месторождений полезных ископаемых. На территории России располагаются одни из самых крупных в мире запасы нефти, природного газа, алмазов, золота, угля и других полезных ископаемых.

В то же время геологический потенциал страны продолжает оставаться исключительно перспективным на выявление новых месторождений полезных ископаемых в связи с неопоискованно- стью значительной территории. Именно поэтому значительно увеличиваются объёмы поисковоразведочного бурения. Месторождения полезных ископаемых предоставляются в пользование по мере определения недропользователей, в результате которых обеспечивается поступление в Государственный бюджет от налогов на недра и создание новых рабочих мест.

Одним из объектов геофизических исследований являются скважины, однако это косвенный метод, требующий интерпретации полученных измерений. Наиболее точным методом, дающим представление о составе и свойствах рудного тела на больших глубинах, является исследование геологического образца - керна, полученного при колонковом бурении. Одно из основных требований - отбор полноценного кондиционного керна, выход которого в идеале должен составлять 100 % [1-3].

Кроме того, используемый геологоразведочный способ должен обеспечить успешную проводку скважины с высокими технико-экономическими показателями.

Решение перечисленных инженерно-геологических задач благополучно осуществляется посредством использования для поисково-разведочного бурения снарядов со съемным керноприемником (ССК). Применение данной технологии позволяет значительно сократить количество спуско-подъемных операций (в 2,5 раза относительно классического колонкового бурения). В результате чего увеличивается рейсовая скорость, производительность проходки скважин и снижается стоимость буровых работ. Второе преимущество снарядов ССК - защита керна от размыва промывочной жидкостью и механического действия со стороны керноприёмника, так как он не вращается в процессе бурения [3].

Наиболее уязвимым инструментом буровой техники, в том числе и комплексов ССК является колонна бурильных труб. Бурильные трубы предназначены для передачи крутящего момента с вращателя бурового станка на породоразрушающий инструмент во время бурения, подачи и подъема бурового снаряда из скважины, подвода промывочной жидкости или сжатого воздуха на забой [1, 3].

Колонна бурильных труб является гладкоствольной по наружному и внутреннему диаметрам [1-4]. Гладкоствольность по наружному диаметру обеспечивает уменьшение гидравлических сопротивлений при промывке скважины, по внутреннему - свободное перемещение керноприемника. Такие характерные особенности бурильных труб достигнуты за счет их тонкостенности. Высадка концов не производится, как следствие нагрузка на резьбовое соединение возрастает.

В настоящее время буровые ССК выпускают фирмы "Acker Drill", "Mud Master" (США), "Воай: Longyear", "JKS-Boyles" (Канада), "Diamand Boart Craelius", "Atlas Сорсо" (Швеция), "Tone Boring", "Koken Boring", "Yoshida Boring Machine" (Япония), а также в России, Китае, Польше.

Канадская компания "BoHrt Longyear" изготавливает буровые снаряды пяти типоразмеров - AQ, BQ, NQ, HQ, и PQ с бурильными колоннами, имеющими соединение типа "труба в трубу" посредством слабоконического трапецеидального профиля резьбы [5, 7]. Диаметры бурильных труб находятся в диапазоне от 44,6 до 114,68 мм, толщина стенки от 4,8 до 6,3 мм в зависимости от типоразмера, длина - 1500 и 3000 метра.

Для изготовления бурильных труб зарубежные производители используют электросварные и холоднотянутые заготовки из среднеуглеродистых марганцовистых сталей. Технология производства включает в себя индукционную термическую обработку концов заготовок, нарезание резьбы и последующее поверхностное упрочнение ниппельной части замка.

Канадская компания {^ай Longyear" на протяжении долгого времени проводит закалку ТВЧ вершин витков ниппеля на глубину 0,8-1,2 мм (рисунок 1). Шведские производители используют метод фосфатирования. Данный способ способствует повышению износостойкости и защищает резьбу от коррозии.

Среди отечественных производителей в данном сегменте выделяют ЗАО "Горнопромышленная группа "ЭЗТАБ", ООО "Петербургский завод буровых инструментов", компания "РосПромБур", но их доля на рынке незначительна и продукция уступает по качеству зарубежным аналогам. АО "Завод бурового оборудования" (АО "Завод бурового оборудования" г. Оренбург) является одним из ведущих производителей бурильных труб для комплексов ССК на территории России. Предприятие изготавливает бурильные трубы с приваренными замками методом сварки трением - к концам тела трубы из среднеуглеродистой легированной стали привариваются заготовки замковых частей из более прочной стали (сталь 40ХМФА). Далее на приваренных частях нарезают наружную и внутреннею резьбу. Для упрочнения резьбовых соединений (ниппельной части замка) применяют технологию карбонитрации - один из способов химико-термической обработки, обеспечивающий высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя, повышение усталостной прочности более чем на 50-80 %, надежную защиту от коррозии.

Рисунок 1. Эскиз расположения зоны ТВЧ на профиле резьбы

Сравнительный анализ механических характеристик замковых соединений бурильных труб зарубежного и отечественного производства (табл. 1) показал, что ударная вязкость замковых соединений производства АО "ЗБО" несколько уступает по величине зарубежным аналогам. Высокие показатели ударной вязкости (120-150 Дж/см ²) замковых соединений бурильных труб иностранных производителей обусловлены получением сверхмелкозернистой структуры в процессе объемной индукционной термической обработки [6]. Формирование мелкозернистой структуры обеспечивает повышение механических характеристик готового изделия.

Таблица 1. Механические характеристики замковых соединений бурильной трубы для комплексов ССК типоразмера "N" различных производителей

* - при температуре ниже -60 °С испытания не проводились

Одним из главных преимуществ иностранных производителей является применение цельной заготовки в процессе производства бурильных труб для комплексов ССК. Цельные заготовки являются преимущественно холоднотянутыми и обладают высокой точностью геометрических параметров по всей длине трубы. Использование гладких и прямолинейных труб обеспечивает равномерное распределение осевой нагрузки и позволяет вести бурение на повышенных частотах вращения на максимальные глубины (до 3000 метров).

Для АО "Завод бурового оборудования" изготовление бурильных труб для комплексов ССК в приварном варианте является единственно возможным решением. Поскольку на данный момент российская трубная промышленность не может обеспечить требуемую высокую точность геометрических параметров заготовок (кривизна любого участка трубы не более 0,3 мм на 1 метр, эксцентриситет - не более 5%), столь необходимых при высокоскоростном алмазном бурении. Для существующих отечественных производителей трубной продукции ("Трубная металлургическая компания", "Челябинский трубопрокатный завод", "Уральский трубный завод") производство высокоточной заготовки для трубы ССК является нерентабельным, ввиду большого объема выпуска трубных заготовок для нефтяной отрасли, к которым жестких требований по точности не предъявляются.

Сварная технология производства бурильных труб, используемая на АО "Завод бурового оборудования" характеризуется повышенной трудоемкостью, заключающейся в обеспечении соосности привариваемых заготовок, снятие после сварочного грата и дополнительной операции термической обработки сварного шва. Все это значительно увеличивает себестоимость конечного продукта. Возможным путем решения данной проблемы является поиск трубных заготовок у зарубежных производителей.

В связи с чем перед предприятием стоит большая задача по поиску цельной заготовки с требуемыми геометрическими параметрами. Применение цельной заготовки влечет за собой изменение технологии производства бурильных труб, приобретение нового оборудования для термической обработки концов и поверхностного упрочнения резьбы. Поэтому создание цельной конкурентоспособной на мировом рынке бурильной трубы, не уступающей по техническим характеристикам зарубежным аналогам, является актуальной, но нерешенной задачей.

Литература

1. Исаев М.И. Бурение скважин со съемными керноприемниками / М.И. Исаев, В.П. Онищин - Л.: Недра, 1997. - 127 с.

2. Калинин А.Г. Разведочное бурение // А.Г. Калинин, О.В. Ошкордин, В.М. Питерский, Н.В. Соловьев - М.: Недра, 2000. - 743 с.

3. Музапаров М.Ж. Направленное бурение // Детерминированная технология. Снаряды со съемными керноприемниками - Алматы: КазНТУ, 2011. - Т 4 -204 с.

4. Мусанов А.А. Совершенствование бурения скважин алмазными коронками - Саарбрюккен: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016. - 60 с.

5. Приймак Е.Ю. Характеристика бурильных труб и обзор трубных заготовок, применяемых в современном геологоразведочном бурении - Черная металлургия. - 2017. - № 2. - С. 70-76.

6. Степанчукова А.В. Сопоставительный анализ технологии изготовления бурильных труб / А.В. Степанчукова, Е.Ю. Приймак - Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии: сборник материалов IX Всероссийской конференции с международным участием - Оренбург, 2019. - С. 656-660.

7. ISO 10097-1. Wireline diamond core drilling equipment. - Switzerland, 1999. - Part 2. - P. 12.

Размещено на Allbest.ru