Не секрет, что приобретение установки ГНБ для любой специализированной компании является важным событием, если хотите, своего рода небольшим (а может быть и большим) профессиональным праздником. Хотите продлить праздничное настроение и получать от эксплуатации машины продолжительное удовольствие? Тогда самое пристальное внимание следует уделить буровым штангам.

Как показывает многолетний опыт, далеко не все поставщики буровой техники относятся к вопросу предложения буровых штанг столь же пристально, как к выбору установки ГНБ на основании ее технических особенностей, преимуществ.

Если приобретая вместе с машиной комплект буровых штанг, вы не уяснили для себя ряд важнейших нюансов, а ограничились только фактом, что удовлетворяет общая длина и диаметр, разочарование будет не за горами.

К таким нюансам, например, можно отнести соответствие буровых штанг нагрузкам от установки ГНБ, геометрии трассы сооружаемых переходов, производительности НВД, наконец, необходимому уровню качества изготовления, да и многому другому.

Устоявшаяся мировая практика доказывает, что буровые штанги лучше приобретать непосредственно на заводе-изготовителе с устоявшейся репутацией, либо у официальных дилеров таких предприятий. Почему?

Давайте поговорим, о том, чем же отличаются буровые штанги от бурильных труб.

Как известно, буровые установки подразделяются на три группы: малой, средней и большой мощности. Аналогичным образом инструмент подразделяется на группы: для малых, средних и больших нагрузок.

Рассмотрим вариант применения установок малой и средней мощности.

Длина пилотного бурения зависит как от мощности установки, мастерства оператора, качества бурового раствора, так и от используемого инструмента, в нашем случае – от буровых штанг.

С увеличением длины пилотного бурения увеличиваются нагрузки на подачу и вращение колонны, появляется эффект пружины, т.е. проходит определенное время для передачи вращения от шпинделя на установке до буровой лопатки. Это вносит определенные неудобства для работы с системой локации. Оператору проблематично «поймать» 6...12 часов из-за скручивания колонны. Чтобы улучшить ситуацию при бурении на большие расстояния можно использовать буровые штанги большего диаметра, что уменьшает скручивание колонны и изгиб в плоскостях. При этом у вас увеличивается минимально допустимый радиус изгиба штанг, но удается легче соблюдать прямолинейность бурения. Выбор за вами.

Производители штанг для малого и среднего класса машин в основном делают штанги трех типов: «кованые», «сварка трением» и «сварка трением с предварительной ковкой». Рассмотрим все существующие методы.

Первый метод – FOP (Forged-One-Piece, цельнокованая штанга) – метод ковки при котором оголовки буровой штанги значительно утолщаются за счет многократного индукционного нагрева концов трубы и дальнейшей их высадке на пресс–станке. Далее, после остывания концов нарезается необходимая резьба.

Второй метод – SFW (Standard Friction Welded) – метод стандартной сварки трением. При этом методе замковая часть буровой штанги изготавливается отдельно и, как правило, из более прочного материала – стали марки 42CrMo4. После нарезки необходимой резьбы в соответствии с калибром на станке с ЧПУ, резьбовая часть подвергается процессу азотирования. При этом происходит поверхностное упрочнение стали, что делает поверхность замка и профиль резьбы более устойчивым к износу. На последнем этапе происходит сварка замковой части с телом буровой штанги методом трения.

Третий метод – FFW (Forged-Friction Welded) – метод сварки трением с предварительной ковкой концов буровой штанги. При этом методе концы буровой штанги нагреваются индукционным способом и производится их дальнейшая высадка на пресс-станке. Далее замковая часть, изготовленная отдельно, приваривается к телу буровой штанги методом сварки трением.

В чем же отличия каждого из методов?

Первый метод позволяет сохранить структуру буровой штанги как единое целое, обладающее весьма прочной конструкцией. При этом слабыми местами остается весьма низкая гибкость штанги и весьма быстрый износ замковой части и резьбы.

Второй метод применяется как основной при изготовлении буровых штанг для вертикального бурения (за исключением штанг для бурения глубоких скважин и скважин, имеющих отклонение от вертикали). Этот метод позволяет справиться с основной проблемой вертикальных скважин – большим количеством циклов свинчивания / развинчивания буровых штанг, так как в этом случае замковая часть дополнительно обработана и срок ее службы увеличивается. Слабое место этих буровых штанг для использования в горизонтальном направленном бурении – малая гибкость.

Третий метод – это удачный «микс» первого и второго методов. Данная технология требует больших затрат, но при этом получаются достаточно гибкие штанги с усиленной замковой частью. В последние десятилетия этот метод является наиболее удачным при изготовлении буровых штанг для горизон- тального направленного бурения, а также для производства бурильных труб применяемых на глубоких вертикальных скважинах, имеющих отклонение от вертикали.

Поэтому, когда вы выбираете буровые штанги, необходимо принимать во внимание, по какой технологии они изготовлены – это определяет характеристики конечного продукта, такие как предел прочности на разрыв, минимальный радиус изгиба, максимально допустимый крутящий момент.

Сварка трением с предварительной ковкой (слева), Кованые штанги (справа)

На сегодняшний день существует огромное количество заводов, занимающихся выпуском штанг. В основном они располагаются в США и Китае, причем, многие заводы, гонясь за дешевизной выпускаемых изделий, до сих пор применяют метод дуговой сварки. Это самое дешевое производство, которое привело к общему восприятию сварных штанг, как некачественных по отношению к «кованым» штангам. Хотя, если завод-производитель буровых штанг осуществляет на собственном производстве доведение стали до нужного класса с обязательным контролем качества и применяет технологию предварительной ковки с дальнейшей сваркой трением замковой части (это обязательно при производстве бурильных труб для нефтяной и газовой отрасли), Вы получаете на выходе продукт наивысшего качества. Это дает Вам дополнительную уверенность при производстве работ методом ГНБ.

В последнее время с увеличением диаметров трубопроводов возросла потребность определенных компаний в использовании установок ГНБ класса «мега» усилием 500 - 600 тонн, а в этом классе бурильные трубы с замком 6 5/8” уже работают на пределе технических возможностей. Здесь необходимо обратить внимание на бурильные трубы с замком 7 5/8”, которые сравнительно недавно появились на рынке. Приведем их основные параметры: диаметр тела трубы – 7 5/8”, допустимый крутящий момент – 292 kNm, допустимое усилие на разрыв – 595 т. Замки: наружный диаметр – 8 1/2”, внутренний диаметр – 4 1/4”, допустимый крутящий момент – 230 kNm, допустимое усилие на разрыв – 1033 т.

Испытание сварных соединений на растяжение и изгиб

Теперь о бурильных трубах для мощных установок.

Технология производства бурильных труб отличается более высокими требованиями к исходному материалу труб (green pipes), химическому составу металла, термообработке, высадке трубы, сварке трением, изготовлению замков и постоянным контролем качества после завершения каждой операции.

Продолжительность использования бурильной колонны напрямую зависит от усталости металла бурильных труб, наружного износа замковой части и самой резьбы. Слабое место на бурильной трубе, более подверженное нагрузкам при изгибе и вращении колонны – это переход тела трубы к замковой части. Для того, чтобы уменьшить усталость металла в этой зоне как раз и делается высадка трубы. Высадки существуют трех типов: наружная (EU), внутренняя (IU) и комбинированная (IEU). Обычно, в зависимости от диаметров бурильных труб, тип высадки меняется. Например, в трубах 3 1⁄2” используется наружная высадка, чтобы не уменьшать проходной диаметр, а в трубах от 5” используется комбинированная высадка.

Длина высадки у заводов-производителей отличается в зависимости от технологических возможностей производства. Величины меняются от 4’’, 5”, 7’’, 9’’ до 11’’. Завод, на котором мы знакомились с производством бурильных труб, на сегодняшний день, единственный, который делает высадку в диапазоне 9” - 11”, что позволяет выполнить наиболее плавный переход от тела трубы до замковой части и увеличить сопротивление к усталости металла в зоне подверженной самым большим нагрузкам. Для такого размера высадки используется пресс с усилием 2500 т (Согласитесь, не маленький).

После высадки трубы отправляются в печь для термообработки, затем проходят контроль на прямолинейность, контроль магнитной дефектоскопии, ультразвуковой контроль.

Продольный разрез высадки в диапазоне 9'' - 11'' (слева), Разрез замковой части (справа)

Процесс изготовления замковых соединений по технологии и контролю схожий, но к резьбе предъявляются дополнительные требования, т.е. после нарезки резьбы проводят азотирование, далее приработку резьбовых и упорных соединений методом троекратного закручивания и раскручивания замковых соединений с рекомендуемым крутящим моментом. По желанию заказчика возможно нанесение твердого сплава на замковую часть для уменьшения износа, потом контроль магнитной дефектоскопии, и замки готовы для сварки трением с трубой. После сварки трением удаляются бурты снаружи и изнутри, металл зачищается на ширину 300 мм для последующей термообработки сварного соединения, контроля на твердость, магнитной дефектоскопии и ультразвукового контроля всего изделия.

Благодаря этим технологиям, получаются бурильные трубы с уменьшенным радиусом изгиба, что и нужно для производства работ методом ГНБ (ННБ).

Приобретая бурильные трубы, узнайте как можно больше о производителе, требуйте паспорта на трубы с номерами труб и результатами контроля.

В истории «российского ГНБ» имели место случаи поставки бурильных труб с красивым названием «PREMIUM», хотя на самом деле, это были трубы б/у, восстановленные по «1-му классу». Так что, будьте внимательны!

Для большей наглядности приводятся таблицы с параметрами для бурильных труб из разных типов стали и трех классификаций.

API диапазон бурильных труб

API класс стали бурильных труб

API классификация бурильных труб: New (N), Premium (P), Class 2 (2)

Автор статьи   Федько А.В.

Профессиональный журнал "РОБТ" №10/12/2013