Кілька слів про типи різьблення з прямокутним профілем Fs2 і Case. Незважаючи на потужну рекламу, різьблення Fs2, яка витримує великі зусилля на розрив і крутний момент, не отримала такого ж поширення і визнання як Fs1, тому що знос різьби з прямокутним профілем значно вище при обертанні зігнутої колони. Був досвід експлуатації штанг з різьбленням Case діаметром 68 / 60,3, таким же, як на Fs1 D24 / 40. Через кілька місяців різьблення стало дуже схоже на Fs1, настільки, що штанги почали плутати. Через півроку їх довелося відбракувати, незважаючи на те, що серйозних аварій з ними не сталося, за винятком тих, коли намагалися «скрутити то, що скрутити неможливо».
Що краще, ковані або зварні штанги? Щоб розібратися в цьому, потрібно трохи знати металознавство і технологію виготовлення штанг. Вихідним матеріалом для будь-якої технології є якісна високолегована труба, яка термообробкою і нормуванням доводиться до характеристик S135, найважливішою з яких є межа міцності в діапазоні 970-1050 N / мм2. Це означає, що дріт з такої сталі перетином 1 мм витримає навантаження в 100 кг. Таку трубу, заводи, які виготовляють штанги, купують у великих металургійних компаній. Далі на трубі робиться потовщення під зварювання - висадка. Кінець труби нагрівається і формується на спеціальному верстаті. Величина потовщення прийнята невелика, наприклад, товщина труби D 24/40 - 7 мм, товщина висадки 11 мм. Таку ж товщину має різьбовий замок, але виконаний він з іншого металу 42Cr Mo4, більш підходящого для виконання завдання нарізного сполучення. Далі проводиться зварювання тертям в повністю автоматизованому режимі, що дає стабільну якість (контроль трьох параметрів - сили подачі, швидкості обертання і температури розігріву сполучених зразків є тривіальним завданням). Після цього проводиться зрізка грата і відпустка або нормалізація зони зварювання, яка в процесі зварювання загартувалася. Так як зона є ділянкою труби невеликої товщини (проста форма), то процес відпустки нескладний, добре контролюється і дає передбачуваний результат. Ніколи штанга не зламається в зоні зварювання тертям, якщо дотримується технологія, десятиліттями доведена до досконалості.
При формуванні замка методом кування з тіла труби, відбувається схожа операція як при висадці, різниця в багаторазовому збільшенні товщини. Відбувається формування кінців труби шляхом значних деформаційних зрушень, що змінює структуру металу. Далі необхідно відпустити зміцнені замкові заготовки, щоб нарізати різьблення. Після чого різьбові замки знову гартують, для збільшення міцності. Через велику товщину і складність геометричної форми замків процеси термообробки складніше контролювати, так як вони можуть дати різний результат в різних частинах вироби, що призводить до наявності внутрішніх напружень в структурі металу.
Ні ультразвукове сканування, ні рентгеноскопія не дозволяють виявити напруги або небажані зміни структури металу. Є тільки руйнувальні методи контролю якості. Як висновок зазначу коректно, що ковані штанги чи не краще зварних, при дотриманні більш складної технології виготовлення.
На бурових верстатах класу «мега» застосовуються штанги довжиною від 9 до 11 м з різьбленням IF 6 5/8 FH (діаметр замка 216 мм. Діаметр труби 168 мм, які витримують крутний момент 148 kNm. При формуванні колони, штанги повинні бути скручені моментом від 75,5 до 88 kNm. У цьому випадку різьблення працює правильно, забезпечується максимальна «живучість». Тому дуже часто на верстаті монтується подвійна колона і виштовхується уздовж труби, підготовленої до затягуванні. У випадках, коли це неможливо, для монтажу холостої колони використовується спеціальний лафет або другий буровий верстат.
З таблиці випливає,що межа міцності штанги при крученні визначає різьбове з'єднання, а максимальна осьова сила розриву штанги відповідає межі міцності труби, так як різьбове з'єднання витримує значно більші навантаження. Рекомендований момент затяжки штанг (правий стовпець) становить орієнтовно 60% від максимального значення.
Значення граничних навантажень для різних типів штанг дозволяють визначити характеристики бурових верстатів, які оптимально підходять під ці штанги. Це більш правильний підхід, ніж «підбирати штанги під бурової верстат». Отже, для штанг IF 4 ½ підійде верстат 250 т тяги і 70 kNm крутного моменту, для штанг IF 6 5/8 з трубою 168 мм підійде верстат 400 т тяги і 120 kNm крутного моменту. Запас по характеристикам необхідний, так як в таблиці заявлені параметри граничних навантажень для не-вигнутих штанг. Таким чином, верстати силою тяги 250 т і обертовим моментом 100 kNm, не є оптимальними для штанг IF 6 5/8, власне, як і верстати 80/40 для штанг IF 4 ½.
На верстатах класу «максі» застосовуються штанги, як правило, довжиною до 9 м з різьбленням IF 4 1/2, (діаметр замка 168 мм, діаметр труби 127 мм), які витримують крутний момент 86 kNm. Обертається неодружена колонії не расстикуется за рахунок інерції штанг, і дозволяє монтувати штанги без затягування кожної наступної. Але перед монтажем розширювача, коли верстат накрутив холосту колону, необхідно її затягнути з рекомендованим моментом. Для цього на точці виходу колони встановлюється один ланцюгової ключ, який утримується ковшем екскаватора, стрілою або опорою маніпулятора. З площини обертання потрібно прибрати персонал і контролювати дії оператора по рації. Цей універсальний прийом використовується для всіх типів штанг менше IF 4 1/2, за винятком Mach1.
В класі "максі" популярні верстати з невеликими габаритами, що дозволяють працювати в обмежених міських умовах, наприклад Prime Drilling PD 80/40 або PD 100/50 з коротким лафетом під п'ятиметрові штанги IF 4 1/2. Якісні штанги такої довжини роблять всього 3-4 заводу в світі, так як серійна штанга для вертикального буріння має довжину 6 м, а найбільш поширена - 9 м.
Був придбаний буровий верстат Prime Drilling 75/50 в комплекті з 200 штангами 168/127 IF 4 ½ L 5 м. На перших же переходах почали відбуватися обриви бурових штанг в зоні зварного стику. Постачальник обладнання стверджував, що були перевищені допустимі кути вигину на першому бурінні, все штанги отримали стрес і почалися їх поломки. Російська бурова компанія стверджувала, що рвуться зовсім нові штанги, які не були в свердловині, і зупинила остаточну оплату за контрактом. В результаті відносини розірвані досі. В мої руки ці штанги потрапили в кількості 74 штук, за п'ять років експлуатації сталося близько 8 обривів замків з втратою кількох батогів. Маючи в своєму розпорядженні прилад ультразвукового контролю, я зробив відбраковування цих штанг. Візуально відбракував кілька штанг з сильним зносом замків і биттям, інші перевірив приладом, і знайшов дві штанги з дефектом зварювального стику, які не встигли порватися. В результаті залишилося 64 штанги, які експлуатуються до цього дня, в тому числі на більш потужному верстаті ZT (150 т 66 kNm). Висновок можна зробити такий: з 200 штанг не менше 10 штук мали явний брак, пов'язаний з підготовкою торців зварюваних виробів, а саме, наявністю мікротріщин, раковин, або відсутністю необхідної чистоти на сполучених поверхнях.
На провідних заводах з виробництва бурових штанг здійснюється багаторазовий контроль виробів на проміжних технологічних операціях. На початку, контролюється закуповувана труба, на биття, на відповідність хімічним складом і міцності, а також проводиться дефектоскопія. Далі, після влаштування висадки на кінцях труби, проводиться перевірка биття заготовок і дефектоскопія висадок, і остаточна перевірка биття і дефектоскопія проводиться після приварки замків, на кожній готової штанзі. На штангах, про які йде мова, контроль на останніх двох етапах не проводився. Де знайшли ці штанги? Хто їх зробив? Чи знав постачальник про низьку якість випущених штанг? Все це залишається загадкою.
Важливою рекомендацією, особливо для тих, хто комплектує бурові верстати «максі» і «мега», є те, що не можна купувати бурові штанги у посередників, хто б вони не були. Брати можна тільки на заводах виробниках штанг або у їх офіційних представників, так як досить однієї бракованої штанги, щоб втратити весь інструмент, трубу і замовника.
Кілька слів про вибір довжини штанг. Укорочені замкові штанги таять в собі кілька потенційних проблем. Перша, це те, що мінімальний радіус вигину колони стає більше. Друга, це збільшення осьового опору, через велику кількість потовщень (замків), що знижує довжину буріння, практично пропорційно до їх кількості. А також, збільшується ймовірність об-тиску, або підвищується швидкість об-тиску колони штанг (що рівнозначно) в нестійких або ґрунтах, що набухають. На практиці така ситуація зводиться до сценарію, коли провернути колону ви ще можете, а витягнути - вже ні! Щоразу потрібно зважувати, що краще, невеликий розмір верстата, зручність монтажу та перевезення штанг, або поліпшення бурових характеристик. На мій погляд, компроміс лежить в застосуванні замкових штанг діаметром 168 / 127мм довжиною 6 м.
Але є принципово інше рішення цієї проблеми. Це оснащення бурових верстатів крутним моментом до 50 kNm штангами з однаковим діаметром (127 мм) труби і замку. Такі штанги були терміново придбані на заміну катастрофічно швидко зношуваним німецьким штангам. Це була випадкова, помилкова поставка штанг виробництва США для верстата EGT (100 тонн), для якого вони не підходили ні довжиною (всього 4,57 м), ні діаметром різьблення. Вони перебували в Москві, в наявності на складі і тому були терміново застосовані на PD 75/50. Багаторічна практика експлуатації цих штанг має тільки позитивні відгуки: радіуси вигину до 100 м, велика довжина буріння і відсутність прихватів бурової колони в нестійких грунтах, висока жорсткість колони на скручування, завдяки застосуванню труби діаметром 127 мм, і відповідно, швидкість і точність пілотування на великий довжині. Яке ж там була різьблення? Тип різьби не відповідав жодному стандарту: по геометрії вона близька різьбі NC38, але відрізнялася, перш за все циліндричною посадкою на кінчику різьблення, довжиною 9,2 мм, і циліндричної зоною між конічною різьбою і тілом замку, по діаметру рівному діаметру останнього витка різьби. Як бачите, застосовані ті ж елементи підсилювання різьблення, що і на різьбі CDF 1BI Colli Drill, немає тільки замку на зовнішньому торці сполучення.
Різні виробники штанг в Америці і в Європі, прийшли до одних і тих же рішень у конструкції різьбових з'єднань, що дають незаперечну перевагу по відношенню до існуючих стандартів. Упевнений, що якщо до нестандартної американської різьбі додати завзятий замок, то штанги могли б витримати і 80 м вигину, що наближається до штанг Fs1 D80 / 100 діаметром 89 мм. Це здається неймовірним, але це факт. У 2011 р я спробував знайти виробника нестандартних штанг, для того, що б замовити їх в «п'ятиметровому» виконанні для комплектування верстата PD 75/50. Але, виявилося, визначити завод виробник, на якому є повна технічна документація по виробництву цього різьблення по закінченні часу, непросто. Ні у нас, ні у постачальника не було стовідсоткової впевненості, що ми отримаємо штанги ідентичні тих, що до цих пір експлуатуються. Можна було отримати проблему за свої ж чималі гроші, і від цієї ідеї довелося відмовитися. Але якби було потрібно комплектувати буровий комплекс «з нуля», наприклад PD 80/40, для виконання переходів довжиною 1500 м або для роботи в обмежених умовах міста, я замовив би саме такі штанги в США. У виконанні 5 м! А якщо це не реалізовується, то звернувся б в Colli Drill для розробки відповідного типу різьблення.
На питання, чи можуть китайські виробники бурових штанг конкурувати за якістю з європейськими та американськими виробниками, я впевнено відповідаю, що можуть. Один з таких заводів знаходиться в м.Усі, в двох сотнях кілометрів від Шанхая. На заводі є все необхідне обладнання для виробництва штанг найвищої якості і його контролю на кожній операції. У 2010 р я виїжджав на цей завод з інспекцією перед поставкою партії штанг IF 4 ½ 168/127 L «5м» для китайського верстата ZT 150. Потім штанги перевірялися в ЦНДІ Чорної металургії на відповідність характеристикам стали S135 за хімічним складом і межі міцності, разом з американськими та німецькими штангами. Експертиза дала близькі характеристики металу труб всіх трьох зразків. Але, кращі характеристики були у американських штанг. Трохи гірше, у китайських, і на третьому місці йшли німецькі.
Китайські штанги відмінно відпрацювали, в тому числі на кілометровому переході по скельному «розбірному» грунту, що характеризувалася ударними навантаженнями на обертанні. Але після замовлення через рік другий партії штанг з того ж заводу, прийшов брак. Биття штанг було неприпустимим: колона штанг була більше схожа на карданний вал. Такий китайський менталітет. Була бракована труба, з якої дев'ятиметрову штангу зробити ніяк не вийде, а коротку п'ятиметрову - може проскочити. Вони роблять продукцію для найбільшого будівельного ринку в світі - Китайського, а так само для Індії, Азії, Африки. І що подумають в Росії, їх мало турбує. Економія на штангах, це завжди ризик, а виправданий він чи ні, вирішує кожен сам.
У висновку я хотів би застерегти проектні організації та бурові компанії, які експлуатують штанги з новими типами різьблення CDF 1BI, бути обережними з новими можливостями по зміні траєкторії буріння. Зловживання вигином свердловини збільшує ймовірність аварії. При затягуванні труби навантажений розширювач починає спрямлять траєкторію, «зрубати грунт» на вигинах. Зайвий грунт в свердловині збільшує тиск витіснення: починає рости навантаження, яке змушує розширювач ще інтенсивніше спрямлять вигини, і він починає йти по «нової свердловині». Якщо при затягуванні труби у вас почав рости крутний момент, то ви опинилися саме в такій ситуації. А зусилля верстата може з лишком вистачити, щоб порвати комунікації, які ви старанно обходили при пілотному бурінні. Ті переходи, які сьогодні проектуються з радіусами 33 і 50 м для 10 і 20-ти тонних верстатів відповідно, є граничними. Потрібно розуміти, що проект хороший тільки на папері, а на ділі комунікації лежать «не ті» і «не там». І щоб виконати роботу, вам доведеться перегинати штанги. Для цього і знадобиться їх запас.
