Стрімкий розвиток безтраншейних технологій і особливо методу ГНБ в нашій країні це надзвичайно важливий рух до вдосконалення інфраструктури, багаторазового підвищення продуктивності в інженерному будівництві. Але без проблем будь-який стрімкий розвиток не обходиться. В нашу галузь прийшло багато нових компаній, що не володіють навіть мінімальним обсягом знань про технологію буріння. Це призвело до сплеску аварійності і, в свою чергу, до збільшення собівартості будівництва і його термінів. Почалися дії з дискредитації методу ГНБ як такого. Наприклад, десятки підводних переходів були перепроектовані на відкриту прокладку, що не може не турбувати.
Рішення проблеми лежить насамперед у площині навчання персоналу, підвищенні кваліфікації, а так само в публікації навчальних матеріалів в профільних виданнях.
При аналізі причин аварій можна виділити наступні основні групи:
• Проектування переходів ведеться без достовірного геологічного розрізу.
• Неправильно обраний, неякісний або несправний інструмент.
• Зношені або неякісні бурові штанги.
• Буровий розчин не відповідає поставленим задачам.
• Ненадійний буровий верстат, змішувач бурового розчину, або невідповідний по потужності виконуваної роботи буровий комплекс.
• Порушення технології буріння.
Сьогодні буде детальна розповідь про бурові штанги. Цей найважливіший компонент технології прийшов до нас з вертикального буріння, яке розвивається самостійно вже більше 100 років. Бурова штанга (drill pipe) багато в чому доведена до досконалості. А саме, оптимізовані типи конічної різьби REG і NC (або IF), а також типорозміри труб і геометрія замків, марки стали, з яких виготовляється труба - S135, і різьбовій замок - 42Сr Mo4. Варто відзначити, що обсяг виробництва бурових штанг для ГНБ становить менше 10% від аналогічного показника в вертикальному бурінні.
При цьому є суттєва відмінність в конструкції бурових штанг, перш за все, до діаметра 89 мм, обумовленого необхідністю згинати бурову колону в кілька разів сильніше, ніж у вертикальному бурінні. Щоб витримувати такі навантаження, були розроблені спеціальні з'єднання. Vermeer розробив Fire Stick 1 (Fs 1), Tracto Technik - Twin Drive (TD), Ditch Witch - Mach 1 (таб.1).
На великих діаметрах бурових штанг - 127 мм і більше різниця в значеннях радіусах вигину стає несуттєвою, і в ГНБ можуть застосовуватися штанги з вертикального буріння.
Ми знаємо граничні радіуси вигину тих чи інших штанг у вигляді цифри, яка вірна для конкретної моделі бурового верстата, точніше для значень його крутного моменту і сили тяги.
Насправді мінімальний радіус вигину колони штанг є функцією сили тяги й крутного моменту. На представленому графіку 1 залежно граничного радіусу вигину від сили тяги, при фіксованому моменті в 10 kNm, нанесені чотири лінії, відповідні зварному стику (бузковий колір), PIN (синій колір), BOX (чорний колір) і трубі (сірий колір). Найслабшим елементом штанги є PIN, він і диктує обмеження по радіусу вигину. В даному випадку це 40 м при зусиллі 20 тонн і моменті, що крутить 10 kNm. Якщо ваш верстат розвиває 25 тонн і 13 kNm, то мінімальний радіус вигину стане істотно більше. Таку інформацію можна отримати тільки у виробника штанг, а не у виробника бурових верстатів.
Що є причиною зносу різьбових з'єднань? Багато хто вважає, що різьблення зношується в процесі скручування і розкручування штанг. Це є причиною зносу тільки бурового адаптера робочого вала, так як за одну зміну він закручується сотні разів. Таким чином, витримує кілька тисяч циклів. Але можна постаратися «угробити» адаптер робочого вала за кілька циклів установки штанг. Для цього потрібно невірно забурити першу штангу, що, як правило, відбувається у новачків. Щоб зрозуміти, хто перед тобою, досить підійти до верстата і подивитися, як забурена перша штанга.
Точка входу в грунт повинна бути підготовлена, інтервал провисання штанги не повинен бути більше рекомендованого, крім того не можна «рулитись» на першій штанзі. При пілотному бурінні потрібно постійно контролювати, щоб верстат не обернувся в сторону щодо первісної осі буріння. Є ще одна хитрість: якщо ви заклали круту траєкторію на підйом перед верстатом, то при розширенні свердловини більше 500 мм штанги починають притискатися до верху свердловини, що призводить до появи несоосності вже у вертикальній площині. Якщо дозволяє каретка, то можна перетягувати штанги сантиметрів на 20 далі точки розкручування, і потім подавати колону вперед, домагатися співвісності і розкручувати штангу.
Поломка адаптера носить масовий характер, відбувається вона завжди в самий невідповідний момент. І якщо у вас є на об'єкті запасний, то на заміну потрібно не менше 2-х годин, щоб в різьбовому з'єднанні з робочим валом встиг застигнути фіксувальний клей. Цього часу буває достатньо, щоб протягуєму трубу "схопило" під землею . І якщо адаптер не зламався, а тільки сильно зношений, то він починає псувати кожну штангу, в яку закручений. Рекомендації по заміні - не менше 2,5 оборотів нарізного захоплення. На штангах DW ця кількість більше, так як в різьбовому з'єднанні більше витків.
Штанги скручуються-розкручуються в кілька разів менше ніж бурової адаптер, якщо їх 100, то в 50 разів, якщо 500, то відповідно, в 250 разів. Інтенсивний знос нарізного сполучення штанг відбувається при обертанні колони в зігнутому стані. І чим сильніше зігнута колона, тим інтенсивніше зношується різьблення. Протилежні сторони нарізного сполучення поперемінно відчувають стискаючі і розтягуючі навантаження, частота яких відповідає частоті обертання. Це призводить до переміщення поверхонь в зоні сполучення витків PIN і BOX, які стираються один від одного.
Щоб зменшити знос, профіль різьблення має складний перетин, округлої форми, а так само різні, передній і задній, кути. Порівняємо нарізні сполучення перерахованих вище виробників. Різьба Fs1 є найбільш поширеною в ГНБ і визнається класичною, завдяки вдалому підбору кутів профілю різьби, кроку різьблення, довжині і округлому перетину конуса. Це різьбове з'єднання витримує значно більший вигин, в порівнянні з конкурентами.
Розглянемо штанги DW. Подовжена різьба, напрямна циліндрична посадка на кінчику PIN, великі діаметри тіла і замка мають значний запас міцності, дозволяють надійно експлуатувати штанги в межах допустимих радіусів вигину колони, які більше ніж у Fs1. Є ще одна проблема: витягнута з невеликим кутом конуса і невеликим кроком різьблення DW вимагає хорошої затяжки при формуванні холостої колони. Якщо штанги не затягнуті ланцюговими гідравлічними ключами, то існує вірогідність розкрутиться через вібраційні навантаження при розширенні. При цьому різьбове з'єднання псує різьблення, а всередину колони під тиском набивається грунт, дрібні камінчики залипають в зоні переходів з великого внутрішнього діаметра тіла штанги, на менший діаметр тіла замку. Вибити їх з колони штанг, промиваючи буровим розчином, повністю неможливо, і вони від вібрації при роботі потрапляють в розширювач, закупорюють форсунки, створюючи аварійну ситуацію.
Представники DW не рекомендують взагалі монтувати за розширювачем холосту колону штанг, про це говорить і відсутність штатних тягнучих вилок з відповідними болтами. Бурові команди змушені накручувати маленькі розширювачі і проштовхувати їх по свердловині від себе, але це не завжди дає результат. При проходженні через грунтові шари різної щільності або засмічені ділянки, проштовхуємий розширювач або напрямна головка втрачають свердловину, і доводиться повертатися до пілотного буріння. Результат - неприйнятне зниження продуктивності бурових робіт.
Хочеться сказати ще про одне надалі таку особливість бурових штанг DW. Навесні цього року відома бурова компанія, що експлуатує JT 100, вирішила пропустити через пілотну свердловину довжиною 400 м, подвійний комплект штанг, щоб не накручувати їх руками, що при затягуванні гідравлічними ключами довго і трудомістко. Додаткова колона довжиною 400 м просушила пілотну свердловину в реактивної глині, і її затиснуло настільки, що неможливо було провернути розширювач 350 мм. Була рекомендація відвернути інструмент і негайно рятувати штанги, витягувати колону з мінімальним обертанням, потроху подаючи розчин. Для безпечного пропуску через пілотну свердловину подвійного комплекту штанг, необхідно використовувати спеціальний Unit, це перехідник - заглушка BOX-PIN, для DW PIN-BOX з бічними отворами для подачі бентоніту. Досвідчені бурові команди не рідко замовляють JT 100, кращий буровий верстат в своєму класі, зі штангами Fs1 D80 / 100.
Різьба ТD спочатку не призначена для рекордних вигинів, так як це унікальне різьбове з'єднання розроблено для передачі ударних навантажень. А удар, вироблений за надмірно зігнутою колоні штанг, загасає, так як колона починає пружинити і енергія удару доводиться на стінки свердловини.
Для використання основної переваги верстатів Grundodrill - наявності удару, і було винайдено це різьбове з'єднання. Воно має велику довжину і спрямовуючу циліндричну посадку на кінчику PIN, передній кут профілю різьби значно менше заднього, профіль дуже плавний, з великим кроком, і найголовніше, зовнішній кільцевий торець BOX має форму округленого конуса і розклинюється у повторній посадці торця замкової частини PIN, утворюючи додатковий завзятий замок. Саме через цю зону нарізного сполучення передається ударне навантаження, при цьому PIN залишається ненавантаженим. Він взагалі знаходиться в комфортному стані: надійно зафіксований циліндричної посадкою спереду і замком ззаду.
За десятирічну практику не було випадку поломки PIN. Штанги відбраковувалися за фактом зменшення діаметра замкової частини, наприклад, на штангах TD61 непридатним вважали діаметр 55 мм при первинному значенні 61 мм.
Верстати Grundodrill завдяки удару і жорстким ударним штангам рекордсмени в бурінні на максимальну довжину. У своїй практиці буровим верстатом Grundodrill 15Х зі штангами TD61 я пройшов 600 м по тугопластичній глині з 10% вмістом доломіту, а верстатом 20S було виконано максимальне буріння на 800 м. На цих довжинах дуже складно встановлювати пілот по годинах, а зміна траєкторії можлива тільки завдяки ударному навантаженню.
Звичайно, траєкторія, особливо початкова, повинна бути максимально плавною в профілі і прямолінійна в плані. Така спеціалізація характерна для компаній, що займаються прокладкою, наприклад, оптико-волоконних ліній зв'язку, в тому числі під річками, де для переходів характерна велика довжина, невеликий діаметр, складна геологія. Але в містах з високою щільністю комунікацій, всі проекти зроблені під штанги з мінімальним радіусом вигину (для свердловин D = 500-550мм R = 33м, для свердловин D = 650-700мм R = 50м, що відповідає штангам Vermeer).
