Отчет по практике: Бурильная колонна, виды бурильных труб

Известна двойная бурильная колонна, содержащая двойные бурильные трубы. каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу с наружными (муфта) и внутренними (ниппель) резьбами. При этом внутренние и наружные трубы соединены между собой посредством центрирующих ребер, которые привариваются к внутренней трубе и вставляются в сквозные пазы, прорезанные в наружной трубе. Затем с помощью сварного шва ребра соединяются с наружной трубой (а.с. СССР 1439196, кл. Е 21В 17/18, 1986 г.). В данном устройстве сквозные пазы. выполненные в наружной трубе, приводят к ослаблению ее рабочего сечения, тем самым ухудшаются прочностные характеристики бурильной трубы. Кроме того, одновременная герметизация колонн внутренних и наружных труб посредством резьбовых соединений недостаточно надежна.

Также известна двойная бурильная колонна, принятая за прототип, содержащая двойные бурильные трубы, каждая из которых включает концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, средства соединения внутренних и наружных труб между собой, узлы герметизации и центраторы (кн. Л.А.Лачинян "Работа бурильной колонны" М., "Недра". 1992,с.23).

Средства соединения в прототипе выполнены в виде радиальных выступов, жестко связанных с внутренней трубой (путем сварки) и входящих в прорези обоймы. запрессованной в муфту. Данное конструктивное решение неизбежно обуславливает наличие как осевого, так и радиального зазоров, что приводит к возможности перемещения в пределах упомянутых зазоров внутренней трубы относительно наружной. Тем самым внутренняя труба полностью разгружена от воздействия внешних нагрузок (крутящих и изгибающих моментов и т.д.), воспринимаемых только наружными трубами.

Таким образом, внутренние трубы, не участвуя в восприятии внешних нагрузок, увеличивают массу и, соответственно, создают дополнительную нагрузку, действующую на наружные трубы. Все вышеупомянутое приводит к уменьшению запаса прочности наружных труб, а, следовательно, и к уменьшению прочности двойной бурильной колонны. Кроме того, герметизация колонны внутренних труб в прототипе осуществляется за счет предварительной деформации упругих уплотнений, что недостаточно, особенно при работе в глубоких скважинах (при перепадах давления более 80 МПа). Тем самым не обеспечивается достаточная герметизация внутренних труб бурильной колонны.

Задача изобретения состоит в повышении надежности путем улучшения герметизации и увеличения прочности.

Для решения этой задачи в двойной бурильной колонне, включающей двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, средства соединения внутренних и наружных труб между собой, узлы герметизации и центраторы, на торцевой поверхности ниппеля со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка, образующая внутренний цилиндрический выступ с возможностью его контакта с концом внутренней трубы, в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы с возможностью контакта одного из них с концом внутренней трубы, а другого со стороны резьбы муфты - с торцом резьбового конуса ниппеля другой двойной бурильной трубы при свинчивании двойных труб в колонну, при этом в теле ниппеля и муфты выполнены сквозные продольные каналы.

Устройство работает следующим образом после спуска двойной бурильной колонны в скважину в межтрубное пространство 15 нагнетается промывочная жидкость под давлением, которая поступает на забой к породоразрушающему инструменту (не показан), и увлекает вверх по центральному каналу двойной колонны образующийся при бурении керн и шлам.

В случае применения аналогичных двойных насосно-компрессорных труб для чистки нефтяных скважин промывочная жидкость поступает по межтрубному пространству колонны к струйному аппарату, из которого, истекая с большой скоростью. разрушает песчаную пробку, превращая в пульпу, и по центральному каналу колонны двойных труб доставляет ее на поверхность.

Благодаря предложенному техническому решению давление нагнетаемой промывочной жидкости может достигать предельно возможных значений, ограничиваемых прочностью материала самих труб, что особенно важно для работы в глубоких скважинах.

Благодаря предложенному техническому решению давление нагнетаемой промывочной жидкости может достигать предельно возможных значений, ограничиваемых прочностью материала самих труб, что особенно важно для работы в глубоких скважинах.

Двойная бурильная колонна, включающая двойные бурильные трубы, каждая из которых содержит концентрично расположенные внутреннюю и наружную трубу, концы которой неподвижно соединены с ниппелем и муфтой, средства соединения внутренних и наружных труб между собой, узлы герметизации и центраторы, отличающаяся тем, что на торцевой поверхности ниппеля со стороны, противоположной его резьбе, выполнена расточка, образующая внутренний цилиндрический выступ, с возможностью его контакта с концом внутренней трубы, в муфте с противоположных торцевых сторон выполнены расточки, образующие внутренние цилиндрические выступы, с возможностью контакта одного из них с концом внутренней трубы, а другого со стороны резьбы муфты - с торцом резьбового конуса ниппеля другой двойной бурильной трубы при свинчивании двойных труб в колонну, при этом в теле ниппеля и муфты выполнены сквозные продольные каналы.

2.3 Сравнительный анализ патентов

Бурильная колонна - непрерывная многозвенная система инструментов, соединяющая наземное буровое оборудование (вертлюг) с долотом на забое скважины.

Бурильная колонна состоит из:

· Ведущей трубы;

· Бурильных труб;

· Утяжеленных бурильных труб;

· Вспомогательных элементов.

Бурильная колонна предназначена для:

· Передачи вращения от ротора к долоту;

· Восприятия реактивного момента забойного двигателя;

· Подвода промывочной жидкости к долоту и забою скважины, а также к ГЗД;

· Создания осевой нагрузки на долото;

· Спуска и подъема долота и забойного двигателя;

· Проведения вспомогательных работ (проработка, расширка и промывка ствола скважины, испытание пластов, ловильные работы и др.).

Вспомогательные элементы:

Центраторы- для центрирования нижнего направляющего участка бурильной колонны в стволе скважины и предупреждения его самопроизвольного искривления.

- лопастные;

- шарошечные.

Калибраторы - для выравнивания стенок скважины до номинального диаметра и калибрования ее ствола.

- лопастные;

- шарошечные.

Стабилизаторы - для стабилизации работы нижнего направляющего участка бурильной колонны путем ограничения прогиба труб при наличии каверн, гашения поперечных и иных колебаний.

- с цельными лопастями;

- со сменными лопастями;

- с приваренными лопастями.

Амортизаторы - для снижения амплитуды динамических нагрузок.

- пружинные; - резинометаллические; - гидравлические; - газовые.

Протекторные кольца - для защиты бурильных и обсадных труб.

- резиновые;

- резинометаллические;

- пластиковые;

- металлические.

Обратные клапаны - для предупреждения поступления загрязненного бурового раствора в бурильную колонну.

Фильтры - для предупреждения попадания в бурильную колонну посторонних предметов.

Металлошламоуловители - для улавливания кусков металла и крупного шлама.

Гидрояссы (гидроударники) - для освобождения бурильной колонны от прихватов.

Переводники - для соединения бурильных труб и др. элементов

Таблица 1 Сравнение бурильных колонн из стальных и алюминиевых труб

На основании вышеизложенных сравнений анализ расчетных параметров бурильной колонны из стальных труб и алюминиевых труб показывает, что при использовании комбинированной бурильной колонны с алюминиевыми бурильными трубами в сравнении со стальной за счет меньшего ее веса можно получить:

- снижение крутящего момента на приводе вращения бурильной колонны при бурении в 2,18 раза;

- уменьшение нагрузки на крюке при подъеме бурильной колонны -- в 2,10 раза;

- увеличение запаса прочности бурильной колонны на 57 %;

- уменьшение потерь давления в циркуляционной системе скважины.

2.4 Анализ статей. "elibrery"

1. БУРИЛЬНЫЕ КОЛОННЫ ПРОБЛЕМЫ И РЕШЕНИЯ - Научный журнал - Бурение и нефть - ISSN: 2072-4799

Специалисты давно работают над проблемами износа бурильной колонны и проекта траектории скважины с целью снижения аварийности от усталости металла. Усталостный износ формируется во многом из-за возникающей кривизны, и потому проект траектории скважины должен рассматриваться с учетом этого фактора. Результатом поисков стало создание методики, названной «коэффициентом кривизны», которая позволяет сравнивать различные варианты проектов, учитывающих суммарное влияние на усталость кривизны скважины, размера, массы, сорта, класса трубы и осевого растяжения в ней.

Многолетний анализ показал: две трети поломок бурильных колонн происходит из-за усталостного износа. На механизм его возникновения влияют свойства материала, коррозионность бурового раствора, траектория, частота вращения ротора, нагрузки и некоторые другие факторы. Комплексный характер износа плюс отсутствие количественной оценки предшествующих поломок делают практически невозможным получение точного прогноза усталостного износа. Кроме того, существующие модели усталостного износа базируются на опытных данных, которые крайне трудно собрать для всех компонентов бурильной колонны.

Было решено неизвестные факторы считать постоянными и учитывать только изменяющиеся известные. «Коэффициент кривизны» стал аналитическим инструментом, в котором заложена концепция относительного сравнения усталостной прочности, и потому он может использоваться для сравнения относительной усталостной долговечности данной бурильной колонны в различных эксплуатационных условиях или множества бурильных колонн при тех же самых условиях эксплуатации. «Коэффициент кривизны» (С1) определяется вычислением напряжения на внешней поверхности трубы от изгиба и осевого напряжения. Эти напряжения вводятся затем в модель Формана для оценки роста трещин, чтобы вычислить усталостную прочность.

Использование С1 позволяет выявить зависимость усталостной прочности от следующих факторов:

-- величины искривления ствола;

-- нагрузки, возникающей под действием веса труб ниже

точки искривления;

-- размера, массы, сорта и класса труб.

Чтобы создать новую колонну с уменьшенным усталостным износом, для анализа взяли несколько факторов:

-- среднее растягивающее напряжение -- чем оно выше, тем меньше прочность;

-- амплитуду напряжения -- чем она выше, тем меньше прочность при прочих равных условиях;

-- коррозионную агрессивность -- коррозионная агрессивность растворов резко снижает прочность;

-- трещиностойкость -- от вязкости материала зависит развитие трещины в пределах данного компонента. Специалисты исходили из предположения, что резкое изменение искривления ствола и было основной причиной поломок. Использование коэффициента С1 как основного критерия в оценке ситуации позволило из шести типов бурильных колонн выбрать оптимальную. Одновременно были рассмотрены параметры режимов бурения и их влияние на темпы накопления усталостного износа.

В условиях ограничений параметров буровых установок при морском бурении важную роль играет увеличение отношения прочности конструкции к массе. Это особенно справедливо для больших глубин, при которых палубные нагрузки на плавучих буровых установках оказывают экспоненциальное влияние на размеры и стоимость основания. Экономия массы здесь имеет важное значение и оценена приблизительно в 5 долл. на каждый сэкономленный фунт веса.

На сегодняшний день еще недостаточно опыта работы с посадочными колоннами, и их число едва перевалило за одну-две сотни в мире. Однако конструкции постоянно совершенствуются для получения необходимых эксплуатационных характеристик. В качестве идеала нефтяники видят перед собой колонну, которая должна:

-- обладать сопротивлением разрыву, смятию трубы клиньями и грузоподъемностью, чтобы обеспечить спуск тяжелых обсадных колонн;

-- обеспечивать удовлетворительную гидравлику и минимизировать отклонение клапана в нижней части для эффективных работ по цементированию;

-- иметь самую малую возможную массу, чтобы уменьшить размеры и стоимость основания;

-- иметь низкий момент свинчивания, чтобы увеличить время спуска в случаях, когда к моменту свинчивания не предъявляется специальных требований. Несмотря на взаимоисключающие требования, в настоящее время создана современная посадочная колонна, удовлетворяющая всех. Ее главные особенности -- большая толщина колонны в зоне захвата клиньями, удвоенный диаметр муфтовых соединений и меньшая толщина стенки благодаря высокой прочности труб.