Обсадные трубы: виды, ГОСТ 632-80, размеры и вес

Что такое обсадная труба и для чего она нужна

Обсадные трубы — стальные (реже пластиковые) трубы, которыми крепят стенки пробуренной скважины. Они не дают грунту осыпаться внутрь, отсекают воду из водоносных слоёв и сохраняют ствол скважины до того момента, когда в неё опустят оборудование, каркас или бетон.

Слово «обсадка» в разных отраслях означает разные вещи. В нефтегазовом и водяном бурении трубы спускают в скважину колонной и оставляют там на весь срок службы. В строительстве, при устройстве буронабивных свай и лидерных скважин, обсадная труба чаще временная: её погружают на время бурения и бетонирования, а потом извлекают и переставляют на следующую точку.

Для чего нужна обсадная труба на стройплощадке, проще всего показать на примере. В водонасыщенном песке скважина без крепления схлопывается за минуты: шнек вынимают — и стенки сползают, а дно заполняется пульпой. Под защитой трубы скважину можно добурить до проектной отметки, зачистить, установить каркас и забетонировать. Мы в таких грунтах бурим под защитой обсадной трубы, которую сразу за буром погружает вибропогружатель, — подробнее о сваях этим способом на странице буронабивные сваи под ключ.

Виды обсадных труб

По назначению в скважине

В глубоком бурении колонну собирают ступенями, и у каждой своё название:

• направление — короткая верхняя колонна, защищает устье от размыва;
• кондуктор — перекрывает верхние неустойчивые и водоносные слои;
• промежуточная (техническая) колонна — изолирует осложнённые интервалы;
• эксплуатационная колонна — через неё добывают воду, нефть или газ.

По материалу

Стальные — основной вид: бесшовные трубы по ГОСТ 632-80 для нефтегазовых скважин, стальные трубы общего назначения для водяных скважин и строительной обсадки. Пластиковые трубы применяют в неглубоких скважинах на воду, где нет больших нагрузок на колонну.

По режиму работы в строительстве

• Инвентарные (извлекаемые). Погружают на время бурения и бетонирования, затем извлекают. Так работают при устройстве буронабивных свай и лидерных скважин в неустойчивых грунтах.
• Неизвлекаемые. Остаются в грунте как оболочка сваи или как труба-свая. Тогда к трубе предъявляют требования как к конструкции: марка стали, толщина стенки, защита от коррозии.
• Секционные. Трубы буровых установок для свай, собираемые из секций на замковых соединениях; их размеры задаёт производитель оборудования.

ГОСТ 632-80: что регулирует стандарт

ГОСТ 632-80 «Трубы обсадные и муфты к ним. Технические условия» распространяется на стальные бесшовные трубы с треугольной и трапецеидальной резьбой и муфты к ним. Это сортамент нефтегазового бурения, и если в спецификации стоит «труба обсадная ГОСТ 632-80», речь именно о нём.

• Исполнения. Стандарт предусматривает трубы двух исполнений по точности и качеству — А и Б; предельные отклонения для них заданы отдельно.
• Длина. Трубы исполнений А и Б изготавливают длиной от 9,5 до 13 м.
• Группы прочности стали. Д, К, Е, Л, М, Р и Т. Трубы и муфты группы прочности К и выше подвергают термической или термомеханической обработке.
• Типы соединений. С короткой и удлинённой (У) треугольной резьбой, с трапецеидальной резьбой ОТТМ, высокогерметичные ОТТГ и безмуфтовые раструбные трубы ТБО.

Для строительной обсадки под сваи ГОСТ 632-80 применяют редко: нефтяная обсадная труба рассчитана на спуск колонной и внутреннее давление, а не на вибропогружение и многократное извлечение. На стройке обсадку чаще делают из стальных труб общего назначения — бесшовных горячедеформированных по ГОСТ 8732-78 или электросварных прямошовных по ГОСТ 10704-91 — с толщиной стенки, подобранной под нагрузки.

Сортамент обсадных труб: диаметры, толщина стенки, вес

В таблице — диаметры обсадных труб по ГОСТ 632-80 с диапазоном толщин стенки и массой 1 м по таблице 2 стандарта (трубы с короткой треугольной резьбой). Таблица 1 стандарта для части диаметров допускает и более толстую стенку, а по согласованию изготовителя с потребителем возможны промежуточные толщины.

Толщина стенки обсадных труб внутри одного диаметра меняется до 2,5 раза, и масса растёт почти пропорционально. Поэтому «вес обсадной трубы 245» без толщины стенки не имеет смысла: при стенке 7,9 мм это 46,2 кг/м, при 13,8 мм — 78,7 кг/м.

Пример по нескольким толщинам

Как посчитать вес обсадной трубы любого размера

Для стальной трубы со сплошной стенкой массу 1 м считают по формуле:

m = 0,02466 × s × (D − s), кг/м,
где D — наружный диаметр, мм; s — толщина стенки, мм; коэффициент соответствует плотности стали 7,85 г/см³.

Проверка по таблице: для трубы 244,5×7,9 формула даёт 0,02466 × 7,9 × 236,6 ≈ 46,1 кг/м, в ГОСТ — 46,2 кг/м. Разница — в пределах округления и массы резьбовых концов.

• труба 426×10: 0,02466 × 10 × 416 ≈ 102,6 кг/м;
• труба 530×10: 0,02466 × 10 × 520 ≈ 128,2 кг/м;
• труба 630×10: 0,02466 × 10 × 620 ≈ 152,9 кг/м;
• сплошная труба 620×40: 0,02466 × 40 × 580 ≈ 572 кг/м.

Последний пример — к частому запросу «обсадная труба 620×40». Обычно так обозначают секционные обсадные трубы буровых установок под сваи диаметром около 600 мм. Многие из них двухстенные, поэтому фактическая масса секции отличается от расчёта по сплошной стенке: берите её из паспорта производителя. Масса трубы нужна, чтобы подобрать кран и вибропогружатель, проверить грузоподъёмность техники при извлечении и посчитать доставку.

При заказе труб для строительной обсадки в спецификации указывают наружный диаметр, толщину стенки, длину, марку стали и стандарт, а для извлекаемых труб — ещё и требования к торцам под захват оголовком и к сварным стыкам. Для труб по ГОСТ 632-80 дополнительно указывают исполнение, группу прочности и тип резьбового соединения. Без этих полей поставщик подберёт трубу по наличию, и она может не подойти под оборудование.

Башмак обсадных труб и соединения секций

Башмак — элемент на нижнем конце обсадной колонны. В глубоких скважинах башмак направляет колонну при спуске, защищает торец нижней трубы и облегчает прохождение уступов ствола. У обсадных труб для свай нижнюю секцию оснащают режущим башмаком (коронкой) с зубьями: при задавливании трубы с вращением зубья прорезают грунт, а сама труба идёт вслед без перегрузки.

Соединения бывают трёх типов:

• резьбовые с муфтой или раструбом — нефтегазовые трубы по ГОСТ 632-80 (треугольная резьба, ОТТМ, ОТТГ, ТБО);
• сварные — строительная обсадка из труб общего назначения, когда длины одной трубы не хватает; стык должен выдерживать вибрацию и усилие извлечения;
• замковые — секционные трубы буровых установок, которые быстро собирают и разбирают на каждой свае.

Обсадка скважин под буронабивные сваи

При устройстве буронабивных свай обсадная труба решает три задачи: держит стенки скважины в неустойчивом грунте, не пускает внутрь грунтовую воду и задаёт диаметр сваи по всей длине. СП 24.13330.2021 прямо называет обсадные трубы среди способов крепления стенок скважин буровых свай — наряду с глинистым раствором и полым шнеком.

Решение об обсадке принимают по инженерно-геологическим изысканиям: какие слои, где уровень грунтовых вод, есть ли напорные горизонты. Технологию бурения ниже уровня грунтовых вод и под глинистым раствором мы описали в разделе технологии бурения и устройства свай. Сам порядок работ с обсадкой — бурение, погружение трубы, зачистка, каркас, бетонирование с извлечением трубы — на странице устройство буронабивных свай.

Как выбрать диаметр и толщину стенки обсадной трубы

1. Внутренний диаметр должен пропускать шнек или буровой инструмент с запасом. Для лидерной скважины с одновременной обсадкой удобно опираться на пары «лидер / труба»: ф350 под трубу ф325, ф450 под ф377 и ф426, ф550 под ф530, ф650 под ф630.
2. Толщина стенки — под длину трубы, грунт и способ погружения. Тонкую стенку при вибропогружении в плотном грунте может смять у оголовка, а при извлечении — разорвать по сварному стыку.
3. Длина — с запасом над поверхностью на захват оголовком вибропогружателя.
4. Оборачиваемость — если трубу будут извлекать и переставлять, выгоднее более толстая стенка и прочные стыки: она прослужит много циклов.

Если обсадка совмещается с лидерным бурением под трубы и шпунт, подбор диаметра лидера разобран на странице лидерное бурение под шпунт и сваи.

Погружение и извлечение обсадной трубы

На строительных объектах обсадную трубу чаще всего погружают и извлекают вибропогружателем. У нас это высокочастотный PTC 7 на колёсном экскаваторе: усилие 120 кН, центробежная сила 384 кН, трубы ф219–630. Извлекаем трубы до 25 м, трубу ф219 — до 20 м.

Порядок с извлечением выглядит так: бур проходит скважину, вибропогружатель сразу задавливает трубу, после бетонирования трубу поднимают, сохраняя запас бетона в трубе выше уровня грунтовых вод. Если трубу извлекать рывком или слишком быстро, в неустойчивом грунте возможен пережим ствола сваи. Подробнее о технологии и ограничениях — на страницах погружение свай вибропогружателем и извлечение труб из грунта.

Типичные ошибки при обсадке скважин

Большинство проблем с обсадными трубами на стройке связаны не с самой трубой, а с тем, что её применили не там или не так.

• Обсадку не заложили в проект. Изыскания показывают водонасыщенный песок, а в смете скважины считаются «насухо». На площадке скважина схлопывается, и обсадка появляется допсоглашением вместе с простоем.
• Труба короче неустойчивого слоя. Если низ трубы остаётся в песке, а не заходит в нижележащую глину, пульпа поступает в скважину из-под башмака. Длину трубы считают по разрезу с запасом ниже подошвы неустойчивого слоя.
• Слишком тонкая стенка. Труба, которую извлекают и переставляют десятки раз, теряет геометрию у оголовка и на стыках. Экономия на стенке оборачивается заменой трубы посреди свайного поля.
• Перепутали сортамент. В спецификации стоит «труба обсадная ГОСТ 632-80», а под вибропогружение нужна обычная толстостенная стальная труба. Нефтяная обсадная труба с резьбой здесь дороже и не даёт преимуществ.
• Извлечение без контроля бетона. Если поднять трубу раньше, чем в ней наберётся достаточный столб бетона, грунт и вода могут пережать ствол сваи. Порядок извлечения прописывают в ППР.
• Не учли массу трубы. Длинная толстостенная труба большого диаметра весит тонны, а при извлечении к массе добавляется сопротивление грунта. Технику и стропы подбирают по массе, посчитанной по формуле выше, с запасом.

Все эти пункты стоит закрыть ещё на стадии ТЗ: указать грунты, длину и диаметр обсадки, кто поставляет трубу и кто отвечает за её извлечение.

Обсадная труба: из чего складывается цена

У обсадки две стоимости: самой трубы и работ с ней. Цену трубы определяет поставщик металла — по диаметру, стенке, марке стали, длине и состоянию (новая или б/у). Работы с трубой на нашем объекте считаются за метр:

Бурение с одновременным погружением трубы идёт одной ценой: например, лидер ф450 с трубой ф426 — 1 250 ₽/м от глубины 3 м. Трубы предоставляет заказчик. Полный прайс с доставкой вибропогружателя — на странице цены на бурение под сваи.

Другие справочные материалы — о способах погружения свай, допусках буронабивных свай и журналах буровых работ — в разделе статьи о бурении, сваях и шпунте. Если нужно посчитать обсадку на конкретном свайном поле, пришлите изыскания и схему свай; как подготовить запрос, чтобы расчёт был точным, — в справочнике по бурению и сваям, там есть и шаблон технического задания.