Бурильная колонна

Что это

Бурильная колонна — это длинная составная труба, которая спускается в скважину и соединяет долото на её дне с буровой установкой на поверхности. Она одновременно выполняет несколько функций: вращает долото, передаёт на него осевую нагрузку и служит каналом для подачи бурового раствора на забой. Длина колонны равна глубине скважины — при бурении нефтяных и газовых скважин это может быть от нескольких сотен метров до 6–12 км и более.

Зачем это нужно

Без бурильной колонны невозможно передать механическое усилие от двигателя на поверхности к долоту, которое находится на глубине в несколько километров. Именно она позволяет бурить глубокие скважины — нефтяные, газовые, геологоразведочные и геотермальные. Кроме механической функции, колонна выполняет роль трубопровода: через неё буровой раствор нагнетается вниз, охлаждает долото, выносит разрушенную породу (шлам) обратно на поверхность по затрубному пространству. Первые стальные бурильные трубы появились в конце XIX века и пришли на смену деревянным штангам, что позволило кратно увеличить глубину бурения.

Как это работает

Колонна собирается из отдельных секций длиной 9–12 метров, которые свинчиваются между собой замковыми резьбовыми соединениями. В процессе бурения ротор или верхний привод (топдрайв) вращает всю колонну, а та передаёт крутящий момент долоту. Состав колонны сверху вниз:

• Ведущая труба (келли) или верхний привод — принимает вращение от ротора и передаёт его вниз.
• Бурильные трубы — основная и самая длинная часть колонны; изготавливаются из высокопрочной стали или алюминиевых сплавов, диаметр обычно 73–168 мм.
• Утяжелённые бурильные трубы (УБТ) — трубы с увеличенной толщиной стенки, расположенные в нижней части; создают необходимую осевую нагрузку на долото.
• Забойный двигатель (турбобур или винтовой двигатель) — опционально, используется при роторно-управляемом бурении вместо вращения всей колонны.
• Долото — непосредственно разрушает породу; крепится в самом низу.

Примеры применения

• Бурение нефтяных скважин на месторождениях Западной Сибири — глубины 2500–4000 м, колонна работает в условиях высоких температур и давлений.
• Сверхглубокое бурение: Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) достигла глубины 12 262 м — бурильная колонна такой длины весит несколько сотен тонн и требует специальных компоновок.
• Наклонно-направленное и горизонтальное бурение — колонна изгибается по заданной траектории с помощью отклоняющих инструментов, что позволяет вскрывать пласты горизонтально на расстоянии до 10–15 км от устья.
• Геологоразведочное бурение — используются облегчённые алюминиевые бурильные трубы для снижения нагрузки на малогабаритные установки.
• Бурение на шельфе: на морских платформах колонна проходит через толщу воды и морское дно, что требует дополнительных компенсаторов качки.

Связанные понятия

• Буровое долото — режущий инструмент на конце колонны.
• Буровой раствор — жидкость, циркулирующая через колонну для выноса шлама и охлаждения долота.
• Обсадная колонна — трубы, которые крепят стенки скважины после бурения; не вращаются, в отличие от бурильной.
• КНБК (компоновка низа бурильной колонны) — нижняя часть колонны с долотом, УБТ и вспомогательными инструментами.
• Прихват колонны — аварийная ситуация, при которой колонна застревает в скважине из-за перепада давления или обвала породы.

Частые заблуждения

Бурильную колонну часто путают с обсадной. Разница принципиальная: бурильная колонна — временный рабочий инструмент, который поднимают на поверхность после достижения нужной глубины или при смене долота. Обсадная колонна остаётся в скважине навсегда и служит для её крепления и изоляции пластов. Ещё одно заблуждение — что колонна жёсткая и прямая. На больших глубинах и при наклонном бурении она испытывает значительные изгибающие нагрузки и работает в условиях, близких к пределу прочности материала, поэтому расчёт её механической прочности — отдельная инженерная задача.