Характеры и темпы износа во время вращения труб зависят от характеров вращения самих труб: 1) за счет собственных спиральных изогнутых осей; 2) за счет оси скважины с дополнительным скольжением относительно стенок самой скважины; 3) за счет осей скважины без скольжения с обратными перекатываниями по стенке скважины; 4) с учетом беспорядочного биения отдельных участков или же всей колонны труб. Кроме того, возможность тех или иных видов вращения будет зависеть от минимально необходимой мощности, которая будет затрачиваться на вращение. Трубы, кстати, подвергаются знакопеременным усталостным напряжениям, которые снижают предел их прочности. Причем, вращение трубы вокруг своей оси происходит в искривленном интервале, который складывается мягкими породами, что приводит к образованию односторонних выработок непосредственно в самом стволе - так называемых желобов, нередко выступающих причиной существующих затяжек колонны с учетом процесса подъема. Во время второго вида вращения нет никаких знакопеременных нагрузок, однако, износ труб односторонний, следовательно, наиболее приятный, потому что трубы, которые получили односторонний износ, в дальнейшем будут изгибаться именно в такой плоскости, причем, износ их усилится еще больше, поэтому они быстро выйдут из самого строя.
Во время третьего вида вращения трубы участвуют, кстати, одновременно в двух вращательных определительных движениях, среди которых переносной - вокруг оси скважины или собственно вращательный - вокруг своей постоянно вращающейся изогнутой оси. Другими словами, появляются знакопеременные изгибающие напряжения, правда, число циклов в нагружении будет намного меньше в сравнении с первым видом вращения. Причем, трение труб о стенки самой скважины и происходящий износ равномерны. Наименее устойчивые и вызывающие существующие сильные вибрации бурильной колонны представляют собой четвертый вид вращения. Именно за счет этого и стремятся избежать его регулирования, с учетом параметров режима (бурения скважин в Московской области). Правда, он может наблюдаться во время перехода колонны от одного вида определенного вращения к другому, непосредственно как переходный режим. Причем, бурильная колонна во время работы помимо статических подвергается также действию разнообразных динамических нагрузок, вызывающих усталостные напряжения на всех трубах и замках, в частности в резьбах, так называемых, концентраторах напряжений, которые снижают прочность, а также долговечность, плюс ко всему, иногда могут приводить к поломке колонны. При этом, наибольшее внутреннее давление будет создаваться в нижней части во время бурения на большой глубине за счет секционных турбобуров или гидромониторных дают. Правда, максимальное внутреннее избыточное давление (то есть, разница между внутренними и наружными давлениями), которое стремится разорвать колонну, будет приходиться на ее верхнее сечение. Наибольшим наружным давлением и наибольшим наружным избыточным давлением может похвастаться нижняя часть колонны во время спуска ее с учетом работы обратного клапана, с испытателем пластов или же давлением пород во время их обваливания, в некоторых местах резких сужений самого ствола скважины. Если же резьбовые соединения труб, муфт или замков будут недостаточно герметичны, тогда утечки жидкости, пускай вначале и незначительные, но за короткое время непосредственно под действием большого перепада давлений смогут привести к размыву их абразивными растворами. Вследствие большой длины бурильных колонн (другими словами, до нескольких тысяч метров) необходимо ее будет составлять из бурильных свечей, которые допустят их установку за палец самой вышки во время подъема колонн, обеспечивающих необходимое быстрое соединение или разъединение во время проведения СПО, плюс ко всему удобство работы с ними непосредственно на буровой. Свечи, кстати, между собой соединяются за счет элементов, которые имеют резьбовую конструкцию. Причем, на каждое свинчивание или развинчивание затрачивается определенное время, которое будет зависеть от конструкции резьбового соединения, а также числа оборотов во время крепления или раскрепления, т. е. так называемой конусности или шага резьбы. При этом, суммарное время на данные операции за одни рейс с учетом равных условий определяется числом свинчиваний или развинчиваний на один осуществляемспуск или подъем, т. е. непосредственным числом свечей. С учетом данной глубины бурения число свечей будет зависеть от длины одной свечи, кстати, которая, в свою очередь, может определяться высотой буровой вышки или устойчивостью устанавливаемых непосредственно на подсвечник труб. При этом, длину свечей или конструкцию резьбовых соединений необходимо выбирать с такими расчетами, чтобы обеспечить требуемую прочность, а также герметичность резьбовых соединений, плюс ко всему, быстрое и надежное свинчивание или развинчивание их между собой. Стоит отметить, что длина свечей должна также обеспечивать нормальную работу с уже существующими буровыми вышками. Причем для мачтовых или башенных вышек с ориентировочной высотой в 40-41 метров наиболее будут приемлемы свечи длиной, соответственно, 24-26 м. Правда с учетом такой длины невозможны операции затаскивания их на буровую за счет башенной вышки (которая имеет высоту ворот в 12 м), а также выброс с нее, плюс ко всему, затрудняется также и их транспортировка. Следовательно, целесообразно будет выполнять их в сборном виде, составляя из двух, трех, а также четырех труб длиной соответственно двенадцать, восемь или шесть метров. Именно подобную конструкцию и имеют применяемые бурильные свечи применяемые для бурения скважин (артезианских). Кстати, трубы друг с другом могут соединяться с помощью обычных соединительных муфт или же бурильных замков на резьбах, при этом конструкция резьбового соединения будет иметь большое значение. Также, известно, что с учетом одинакового числа витков соединить две подобные детали с конической резьбой можно будет быстрее, нежели с цилиндрической, причем эта разница будет в свою очередь больше, нежели сама конусность резьбы. Большая конусность, кстати, предполагает большие толщины стенок труб для нарезки резьбы. На стандартных бурильных трубах, которые имеют небольшую толщину стенки, можно нарезать резьбы с довольно большим углом конусовидной формы (1/6 - 1/4). Следовательно, для соединения бурильных труб также используют короткие толстостенные патрубки, которые поставляются с нарезанными на их концах прочными, а также износостойкими резьбами. Подобная резьба называется замковой, тогда как каждая пара патрубков с внутренними и наружными замковыми резьбами - бурильным замком. Кроме того, данные элементы можно будет присоединить к бурильной трубе непосредственно на резьбе или за счет сварки. В первом же случае на других концах имеющихся элементов замка нарезается еще и дополнительная слабоконическая мелкая внутренняя резьба, которая называется трубной. Подобная резьба нарезается непосредственно по наружной поверхности в обоих концах трубы. Во время использования шестиметровых труб целесообразно будет предварительно эти две трубы между собой соединить в так специальную двухтрубку, которая в дальнейшем обычно не разбирается. Подобные трубы соединяются с помощью элементов, имеющих на обоих концах внутренние трубные резьбы и называющихся соединительными муфтами.
Соотношения внутренних, а также наружных поперечных размеров труб, плюс ко всему, замков или муфт необходимо выбирать, исходя из условий минимума суммарных гидравлических сопротивлений непосредственно в трубах, а также кольцевом пространстве во время обеспечения безусловной прочности всех элементов соединения колонны. Кроме того, герметичность в них должна достигаться за счет плотного сочленения упорных торцов непосредственно после свинчивания колонн для бурения водяных скважин. Стоимость работ будет зависеть от этих факторов.
Во время проведения СПО бурильная колонна захватывается специальным элеватором за торец замка непосредственно по кольцевой площади или с помощью клиновых захватов, располагаемых по телу трубы. Величина подобной кольцевой площади или твёрдость материала замка должна быть достаточна, чтобы не могло произойти смятие, быстрый износ, а также заклинивание труб в элеваторе.
Во время свинчивания или развинчивания колонна захватывается ключами за поверхность замка, при этом подвергая его износу. Внутренняя и наружная поверхность труб, муфт, а также замков изнашивается при циркуляции бурового раствора, который содержит абразивные частицы шлама, плюс ко всему, утяжелители. Поверхности элементов колонны могут изнашиваться также во время проведения СПО вследствие трения непосредственно о стенки скважины, а также о ранее спущенные обсадные колонны. Нередко наблюдается коррозионный износ колонн вследствие поступления минерализованных, в частности сероводородных или углекислых пластовых вод. Следовательно, бурильная колонна во время бурения, спуска или подъема и выполнения ряда других необходимых технологических операций находится непосредственно в условиях весьма сложного и напряженного состояния, при этом испытывая одновременно действие совершенно различных по величине, а также характеру статических или динамических нагрузок, кроме того, подвергается абразивному изнашиванию за счет трения о стенки скважины, а также в среде абразивной или потенциально коррозионно-активной жидкости.
Следовательно, на основании изложенного вполне логично было бы сформулировать следующие основные требования, применяемые к конструкции, а также к эксплуатационным качествам бурильных колонн и ее составных элементов, а также к материалам для их непосредственного изготовления:
1. Бурильные колонны должны быть достаточно прочными во всех частях, а также противостоять действию возможных нагрузок, кроме того, обеспечивать создание сравнительно больших осевых нагрузок на долота и непосредственную циркуляцию бурового раствора с учетом минимальных гидравлических потерь в системе.
2. Конструкции бурильных колонн, свечей, труб, муфт, а также замков должны обеспечивать быстрое свинчивание или развинчивание, кроме того, надежный захват и быстрое освобождение во время проведения СПО или других технологических операций, с учетом надежного крепления труб или других элементов колонн непосредственно между собой, исключая потенциальное самоотвинчивание. Резьбовые соединения, при этом, должны обеспечивать взаимозаменяемость, а также высокую герметичность колонны, плюс ко всему, иметь прочность, которая не будет уступать прочности тела трубы, кроме того противостоять действию ударных или постоянно меняющихся по величине различных знакопеременных нагрузок с учетом изнашивания во время частых свинчиваний или развинчиваний. Все однотипные элементы бурильных колонн и их соединения обязательно должны быть взаимозаменяемы.
3. Поверхности представленных элементов колонны должны быть обязательно стойкими к абразивному изнашиванию непосредственно в буровом растворе, а также во время трения о стенки скважины. Плюс ко всему, поверхность бурильных замков обязана иметь высокую износостойкость, тогда как все составные части колонны обязаны иметь минимальную массу (кроме УБТ), и главное, быть технологичными в процессе изготовления.
4. Материал колонн также должен иметь высокую прочность с учетом достойной ударной вязкости (особенно замки), а также быть устойчивым к действиям агрессивных сред, плюс ко всему, должен хорошо поддаваться всем существующим специальным видам обработки. В общей сложности бурильная колонна обязана быть экономичной.
