Импортозамещение комплекса инструмента для бурения скважин со съемным керноприемником (ССК)

Е.Ю. Приймак —  к.т.н., доцент, заведующая лабораторией металловедения и термической обработки  ОАО «Завод бурового оборудования»

ОАО «Завод бурового оборудования» (ОАО «ЗБО») разработал и вывел на рынок новую продуктовую линейку — «Комплекс средств для бурения со съемным керноприемником» (WireLine) для геологоразведочных работ на твердые полезные ископаемые, который представлен буровой установкой ZBO S15.

Инструмент выпускается стандартных размеров B, N, H, P и является полностью взаимозаменяемым с инструментом ведущих компаний в этой отрасли, таких как «Atlas Copco», «Boart Longyear», «Sandvik». 

Преимущества бурильных труб производства ОАО «ЗБО» заключаются в использовании высококачественной трубной заготовки из легированной стали с высокими механическими  свойствами (предел текучести не менее 600 МПа) и кривизной не более 0,3 мм/м, что обеспечивает более сбалансированную колонну и минимальную вибрацию при бурении. Состав материала концевых частей труб, на которых нарезана резьба, и режимы его объемной термической обработки подобраны таким образом, чтобы обеспечивать более высокие механические свойства, чем тело трубы (предел текучести не менее 900–1000 МПа) с сохранением пластичности и вязкости, а также, что немаловажно, высокой хладостойкости.

Сравнительный анализ структуры и свойств резьбовых соединений бурильных труб производства ОАО «ЗБО» с одним из ведущих зарубежных аналогов показал, что твердость материала в обоих случаях находится на одном уровне и составляет 37…40 HRC, при этом прочностные свойства (σ02 и σв) также не уступают друг другу (табл. 1). Однако замковые соединения бурильных труб ОАО «ЗБО» обладают более высокими значениями относительного удлинения и ударной вязкости, а также более низким порогом хладноломкости, что снижает вероятность внезапного хруп-кого разрушения и повышает надежность конструкции в целом.

Производитель	Механические свойства						Порог хладно-ломкости, °С	Предельный крутящий момент, Н·м	Характеристики усталостной прочности
	σ02, МПа	σВ, МПа	δ5, %	KCU, Дж/см2	HRC	Поверхностная твердость HV			Изгибающий момент, Н·м	Количество циклов без поломки, N×10
Канадский производитель	1030–1060	1210–1220	5,8–6	133–139	37–39	580–650	-20	6916…7033	820	5,215
ОАО «Завод бурового оборудования»	1020–1050	1123–1150	10–12	154–166	38–40	680–700	-50	6680…6828	860	10,143

Табл. 1. Механические свойства материала замковых соединений бурильных труб различных производителей

В качестве способа поверхностного упрочнения резьбы ОАО «ЗБО» использует химико-термическую обработку, в то время как канадские производители используют в качестве способа поверхностного упрочнения резьбовых соединений закалку ТВЧ витков ниппеля. Указанные способы влияют на формирование характеристик поверхностного слоя и его твердости. В случае закалки ТВЧ витков ниппеля поверхностная твердость упрочненного слоя составляет порядка 580–650 HV, в то время как поверхностная твердость резьбового соединения ОАО «ЗБО» несколько выше и составляет 680–700 HV. Такое различие в характере поверхностного упрочнения замковых соединений существенным образом оказывает влияние на эксплуатационные характеристики износостойкости. В процессе испытаний на свинчивание-развинчивание было установлено, что применение химико-термической обработки позволило повысить изностостойкость резьбы по сравнению с иностранным аналогом. Величина износа ниппеля обоих производителей существенно не отличается, однако муфтовые части замковых соединений канадского производства уступают по износостойкости муфтам ОАО «ЗБО». Разница в величине износа, оцененному по массовому показателю, составляет 7,5 раза. Кроме того, в муфтах зарубежного аналога после испытаний обнаружились остаточная деформация, величиной около 0,4 мм, а также задиры на рабочих поверхностях витков, что свидетельствует о возникновении в металле в процессе испытаний напряжений течения. Таким образом, по износостойкости российские замковые резьбы превосходят резьбы зарубежного аналога.

Еще одной из важнейших эксплуатационных характеристик является предельный момент кручения резьбового соединения Мкрпред, который определяет максимально допустимую глубину бурения. Превышение Мкрпред зачастую приводит к выходу бурильных труб из строя вследствие деформирования резьбовой части при превышении допустимой глубины скважины, поэтому оценка этой характеристики является важной с точки зрения обеспечения эффективности геологоразведочного бурения на большие глубины.

Установлено, что предельный момент кручения Мкрпред в обоих случаях находится в одном диапазоне 6600…7000 Н·м, однако визуальная оценка характера деформирования резьбовых частей показала, что на рабочих поверхностях витков муфты канадского производства обнаружены задиры, обусловленные вдавливанием закаленных витков ниппеля в более пластичный металл муфты. В то время как у резьбовых соединений бурильных труб производства ОАО «ЗБО» наблюдается лишь небольшое смятие рабочих поверхностей витков на муфте.

Анализируя характеристики усталостной прочности можно отметить, что предел выносливости замковых соединений российского производства несколько выше. Величина максимального изгибающего момента, при котором канадские трубы проходят 5 млн циклов без поломок, соответствует 820 Н·м, в то время как трубы ОАО «ЗБО» выдерживают базу испытаний 10 млн циклов также без поломок при изгибающем моменте 860 Н·м, что свидетельствует об их большем запасе усталостной прочности.

Отзывы благодарных потребителей подтверждают, что качество изготовления и прочностные характеристики наших труб не отличаются от труб канадского производства, а благодаря специальному способу упрочнения резьбовых поверхностей резьба имеет повышенный ресурс на свинчивание-развинчивание.

Таким образом, комплексный анализ структуры и эксплуатационных характеристик бурильных труб российского и зарубежного производств позволяют сделать вывод о том, что ресурс работы замковых соединений, представителем которых является ОАО «ЗБО» превышает зарубежный канадский аналог. Данное обстоятельство обусловлено различием применяемых материалов замковых частей, а также технологией их объемного и поверхностного упрочнения.

Кроме этого специалисты предприятия ОАО «ЗБО» продолжают работать над совершенствованием продукции, улучшения ее эксплуатационных характеристик и ресурса работы. К настоящему времени разработаны и выведены на рынок:

• упрочненная бурильная труба с оригинальной резьбой (XC) для самых сложных условий бурения и скважин глубиной до 2500 м;   
• облегченные бурильные трубы размеров N, H, P при использовании которых масса колонны уменьшается на 15–20 %. 

По желанию заказчика возможно дополнительное упрочнение около резьбовой части поверхностной закалкой ТВЧ, что уменьшает износ трубы по наружному диаметру. 

Колонковые наборы по своим техническим характеристикам соответствуют импортным аналогам. Преимущество: применение в конструкции метрических резьб и стандартных подшипников уменьшает время на ремонт (не нужно ждать оригинальных запчастей от производителя).

Вся выпускаемая предприятием продукция подвергается 100 %-му контролю качества. 

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 1/март 2018 г.