- •Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М.
- •Витание твердых частиц в потоках жидкости, газа и газожидкостной смеси
- •Перепад давления в местных сопротивлениях циркуляционной системы
- •Расчет потерь давления в элементах циркуляционной системы
- •Определение потерь давления в долоте.
- •Распределение давлений в нисходящем потоке газа в трубах
- •Расчет подачи и давления компрессоров при бурении с продувкой
- •1.4. УСТАНОВИВШЕЕСЯ ТЕЧЕНИЕ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ СМЕСИ В СКВАЖИНЕ
- •Уравнения течения газожидкостных смесей
- •Перепад давлений в насадках долот при течении газожидкостной смеси
- •Перепад давления в турбобурах
- •1.6. РАСПОЗНАВАНИЕ ГАЗОВОГО ВЫБРОСА И ВЫБОР РЕЖИМОВ ЕГО ЛИКВИДАЦИИ
- •Расчет режима ликвидации газового выброса
- •2 ПОГЛОЩЕНИЙ ЖИДКОСТЕЙ
- •В СКВАЖИНАХ
- •2.2. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ПОГЛОЩАЮЩИХ ГОРИЗОНТОВ
- •2.3. ИЗУЧЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ В НЕОБСАЖЕННЫХ СТВОЛАХ
- •2.5. КОЛЬМАТАЦИЯ ПРОНИЦАЕМЫХ ПОРОД
- •2.7. НАПОЛНИТЕЛИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3 ТВЕРДЕЮЩИМИ РАСТВОРАМИ
- •3.1. ТАМПОНАЖНЫЕ РАСТВОРЫ И СМЕСИ ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ЗОН ПОГЛОЩЕНИЯ
- •3.1.1. ТАМПОНАЖНЫЕ ЦЕМЕНТЫ И РАСТВОРЫ
- •3.2. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ ПОГЛОЩЕНИЙ ПРИ БУРЕНИИ СКВАЖИН
- •3.2.1. ТАМПОНАЖНЫЕ СМЕСИ НА ОСНОВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ
- •3.2.3. ТАМПОНАЖНЫЕ ПАСТЫ
- •3.4.1. ПАКЕРЫ ИЗВЛЕКАЕМЫЕ
- •Глава ГАЗОНЕФТЕВОДОПРОЯВЛЕНИЯ
- •4.1. ПОСТУПЛЕНИЕ ГАЗА В СКВАЖИНУ ПРИ БУРЕНИИ
- •4.1.1. ПРИЗНАКИ ПРОЯВЛЕНИЙ
- •AVmin = eS,
- •4.1.4. О ПРИРОДЕ ГАЗИРОВАНИЯ БУРОВЫХ РАСТВОРОВ
- •Поступление газа (и других флюидов) в скважину вследствие диффузии
- •Фильтрация газа в скважину
- •Поступление флюида в скважину за счет капиллярного противотока
- •Контракционный эффект бурового (глинистого) раствора
- •4.2. ГАЗОПРОЯВЛЕНИЯ ПРИ КРЕПЛЕНИИ СКВАЖИН
- •4.2.5. ПРОНИЦАЕМОСТЬ ЦЕМЕНТНОГО РАСТВОРА
- •4.2.7. ПРОНИЦАЕМОСТЬ КАМНЯ ИЗ ТАМПОНАЖНОГО ЦЕМЕНТА
- •4.2.10. КОНТРАКЦИОННЫЙ ЭФФЕКТ
- •4.3. ТАМПОНАЖНЫЕ СОСТАВЫ ДЛЯ ЛИКВИДАЦИИ НЕФТЕГАЗОПРОЯВЛЕНИЙ
- •5 СТЕНОК СКВАЖИНЫ
- •6.1. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ И ХАРАКТЕРИСТИКА ММП
- •6.4. ТИП И КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ БУРОВОГО ПРОМЫВОЧНОГО АГЕНТА
- •6.5. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ БУРЯЩЕЙСЯ СКВАЖИНЫ
- •7 И ПОСАДКИ КОЛОННЫ ТРУБ,
- •ЖЕЛОБООБРАЗОВАНИЕ
- •7.1. ПРИРОДА ПРИХВАТОВ КОЛОНН ТРУБ
- •7.3. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПРИХВАТОВ КОЛОННЫ ТРУБ
- •7.4. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ
- •7.4.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ
- •7.4.4. ПРИХВАТЫ ТРУБ В ЖЕЛОБНЫХ ВЫРАБОТКАХ
- •7.4.5. ПРИХВАТЫ ВСЛЕДСТВИЕ САЛЬНИКООБРАЗОВАНИЯ
- •7.4.10. УСТЮЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТВОЛА СКВАЖИНЫ
- •7.4.11. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПРИХВАТОВ АЛМАЗНЫХ ДОЛОТ
- •7.5. ЛИКВИДАЦИЯ ПРИХВАТОВ
- •7.5.2. РАСХАЖИВАНИЕ ПРИХВАЧЕННОЙ КОЛОННЫ
- •7.5.3. УСТАНОВКА ЖИДКОСТНЫХ ВАНН
- •7.5.6. ПРИМЕНЕНИЕ УДАРНЫХ УСТРОЙСТВ
- •7.5.7. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
- •7.5.9. ГИДРОВИБРИРОВАНИЕ КОЛОННЫ ТРУБ
- •8.2. ФАКТОРЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЮ АВАРИЙ
- •8.3. АВАРИИ
- •8.4. РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
- •8.5. ОТКРЫТЫЕ АВАРИЙНЫЕ ФОНТАНЫ
- •9 В БУРЯЩИХСЯ СКВАЖИНАХ
- •9.1. ОТСОЕДИНЕНИЕ НЕПРИХВАЧЕННОЙ ЧАСТИ КОЛОННЫ ТРУБ
- •9.2. ЗАХВАТЫВАЮЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ
- •9.3. ОТБИВАНИЕ ЯССАМИ ПРИХВАЧЕННЫХ ТРУБ И ИНСТРУМЕНТОВ
- •9.4. ОПЕРАЦИЯ ОБУРИВАНИЯ
- •9.5. ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕЛКИХ ПРЕДМЕТОВ
- •9.7. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИЗ СКВАЖИН ПРИХВАЧЕННЫХ ПАКЕРОВ
колонне вверх от места наибольшей деформации, печать
будет сжата с |
боков при посадке |
в образовавшееся |
сужение колонны |
(рис. 8.3, а). Такой тип |
смятия - наиболее |
простой. |
|
|
Если же место наибольшей деформации приходится на муфтовое соединение и смятие от этого места распространя ется вниз (рис. 8.3, б), то на донной части печати будет отпечаток торца смятой трубы. В таком случае надо помнить, что мятая труба работает как уипсток, и все спускаемые в скважину инструменты будут отклоняться ею за пределы к о лонны. При проведении работ по выправлению колонны следует избегать инструментов с твердосплавными наплавка ми.
Грушевидные оправки (рис. 8.4) - это прочные инструмен ты обтекаемой формы, которые проталкивают внутри смя той трубы и извлекают назад с помощь ясса. Обычно на скважину завозят набор оправок различного диаметра. Их спускают поочередно, начиная с наименьшей. За один рейс проход в зоне смятия расширяют на несколько миллиметров
(от б мм и более), а последняя оправка бывает на 3-4 |
мм |
меньше первоначального внутреннего диаметра колонны |
в |
смятом месте. |
|
Наиболее совершенный инструмент - составленный |
из |
упрочненных роликов с направляющим конусом (рис. 8.5). Выправление колонны грушевидными или роликовыми оп равками связано с большими нагрузками, и в аварийную к о лону всегда следует включать яссы и УБТ, так как инструмен ты зависают и заклиниваются в зоне смятия.
Прежде чем приступить к откачке жидкости из скважины или другим операциям, способствующим росту избыточного наружного давления, необходимо укрепить выправленную колонну. Для этого можно провести цементирование ц0д дав лением или перекрыть зону смятия хвостовиком.
8.4. РАЗРУШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ
Исследования большого количества аварий с трубами, проведенные в Азинмаше, привели к заключению, что разрушение труб обычно носит усталостный характер. Явления усталости в трубах возникают в результате Действия переменных нагрузок, к которым относятся переменный и з
гиб, крутильный удар и колебания бурильной колонны. Ос новной фактор, приводящий к образованию переменных на пряжений, знакопеременный изгиб, возникающий при вра щении колонны (А.Е. Сароян).
Крутильный удар появляется в тех случаях, когда прекра щает вращаться долото, что сопровождается скручиванием труб с последующим внезапным освобождением долота, вы зывающим раскручивание колонны труб. Крутильный удар, как правило, наблюдается при работе долотом режущего ти па, при быстром увеличении нагрузки на долото, а также при переходе долота из мягкой породы в крепкую, что сопро вождается иногда заклиниванием долота с последующим его освобождением.
Колебания колонны в значительной степени зависят от уравновешенности элементов бурильной колонны (трубы, бурильные замки, турбобур и др.), однородности разбурива емой породы, от пульсации промывочной жидкости, работы долота и др.
А.Е. Сароян считает, что в результате усталостного разру шения возникают и постепенно развиваются трещины. Когда трещина достигает значительного размера, сечение трубы уменьшается, что в свою очередь приведет к увеличению на пряжений, а в дальнейшем и слому всего сечения, который может произойти при наличии одних лишь статических нагрузок. Типичным признаком большинства сломов является наличие в изломе двух зон: зоны усталости и зоны заключи тельного разрушения. Первая зона соответствует постепен ному развитию трещины от усталости и характеризуется относительно гладкой (мелкозернистой) поверхностью. Вто рая зона имеет крупнозернистую поверхность, соответству ющую разрушению металла под действием постоянных на
грузок.
Для развития явления усталости необходимы переменные напряжения выше предела выносливости.
Условиями, способствующими возникновению и развитию трещин усталости, являются различные дефекты материала (расслоения, структурная неоднородность), резкие переходы в сечении (нарезка, запилы) и т.д.
Анализ аварийности с бурильными трубами показал, что при роторном бурении 85-90 % аварий происходит с резьбо выми соединениями бурильных труб, бурильных замков и других элементов колонны. Данные (в %) по аварийности бу рильных труб в роторном бурении (Д.С. Касум-заде и др.) следующие.
Слом бурильных труб в теле............................ |
9,5 |
Слом бурильных труб в утолщенных кон |
46,8 |
цах........................................................................ |
|
Срыв бурильных труб по 8-ниточной на |
11,2 |
резке.................................................................... |
|
Слом бурильного замка.................................... |
4,2 |
Срыв резьбового соединения бурильного |
9,6 |
замка.................................................................... |
|
Слом и срыв резьбового соединения тяже |
10,5 |
лого низа............................................................. |
|
Слом труб, переводников и срыв по резьбе |
8,2 |
Как видим, аварии с трубами происходят в основном вследствие слома или срыва резьбы.
В роторном бурении наиболее часто встречается разруш е ние трубы в резьбовом соединении по утолщенному месту, составляющее 60-70 % от общего числа аварий. В отдельных случаях число это доходит до 90 %.
Срыв резьбы происходит в результате деформации раз рушения резьбового соединения из-за износа резьбы, размы ва соединения прокачиваемой промывочной жидкостью, за едания резьбы.
В турбинном бурении количество сломов доведено до ми нимума, и выход труб из строя происходит, как правило, по причине износа резьбовых соединений, а также размыва резьб и тела труб.
Сломы в турбинном бурении наблюдаются преимущест венно в нижней части колонны и в соединениях турбобура в результате воздействия переменных нагрузок, возникающих в процессе работы турбобура.
При отсутствии тяжелого низа усталостные разрушения концентрируются в сжатой части колонны, т.е. на том участ ке колонны, где действуют наибольшие переменные нагруз ки. Использование на практике тяжелого низа достаточной длины в сочетании с оптимальным размером долота приводит к резкому сокращению усталостных разрушений бурильных труб и их соединений.
Усталостные разрушения наблюдаются также в растянутой части колонны, работающей в обсаженном стволе скважины.
В этом случае усталостные разрушения возникают вследст вие эксцентричного вращения труб в скважине, сопровожда ющегося ударами труб о стенки обсадной колонны; искрив ления ведущей трубы, приводящего к слому бурильных труб на длине до нескольких сотен метров от устья, а также к слому ствола и переводника вертлюга; нарушения соосности оси вышки и скважины И других причин.
Скручивание бурильных труб в результате воздействия
крутящего момента встречается очень редко и наблюдается в трубах, сечение которых сильно ослаблено коррозийным действием промывочной жидкости на внутренней поверхнос ти труб.
Слом труб по утолщенному концу
Эти разрушения происходят по нарезанной части трубы. Наблюдается поперечный слом трубы по пер вому витку резьбы, находящемуся в сопряжении с буриль ным замком.
Сломы утолщенного конца трубы происходят также и в других сечениях, расположенных на различных участках резьбы, или одновременно в нескольких сечениях.
Отмечается выкрашивание отдельных витков резьбы. Зна чительное число сломов в утолщенном конце трубы, несмот ря на то что толщина трубы в этом месте в 1,5-2 раза больше толщины тела трубы, объясняется влиянием нарезки, являющейся местом концентрации напряжения.
В резьбовом соединении ведущей трубы с переводником наиболее часто ломается конец штанги по первому витку резьбы.
Отсутствие упора в резьбовом соединении труб и штанг приводит к тому, что в опасном сечении полностью действует изгибающий момент, возникающий в процессе вращения бу рильной колонны.
Воздействие переменных нагрузок в сочетании с концент рацией напряжения во впадинах резьбы обусловливает уста лостный характер сломов. Разрушению способствует также и то, что нагрузки, действующие по виткам резьбы, в результа те приложения осевых сил и изгибающих моментов, носят неравномерный характер.* Неравномерность эта увеличивает ся при наличии отклонений по элементам резьбы, особенно по конусности.
Слом труб по телу
В практике бурения наблюдаются два вида сломов по телу трубы. Один из них представляет собой по перечный излом тела трубы, имеющий усталостный харак тер.
Причинами, приводящими к концентрации напряжений на отдельных участках поверхности трубы, являются различные повреждения, направленные перпендикулярно к оси трубы. К
ним относятся клейма, наносимые на поверхности трубы; поперечные риски, возникающие в результате работы клинь ями, особенно при вращении труб ротором; дефекты прока та на поверхности труб.
Другой вид слома представляет собой разрушение трубы в виде спирали, встречающееся при бурении в обсаженном стволе скважины или в узкой скважине. Направление спира ли обычно правое, что совпадает с направлением вращения стола ротора. Спиральный слом начинается всегда с попереч ной трещины на поверхности трубы.
Угол подъема спирали составляет приблизительно 45° к оси трубы, что соответствует направлению плоскости, в к о торой действуют наибольшие нормальные напряжения, воз никающие при кручении.
Спиральный слом, как правило, не связан с деформацией, наблюдаемой в процессе изготовления и правки труб, когда поступательное движение трубы сочетается обычно с левым
еевращением.
Впромысловой практике наблюдались случаи спирального слома с левым направлением спирали, однако при этом тру бы имели левую резьбу и вращение их было левым (против часовой стрелки).
Сломы происходят в бурильных трубах, изготовленных путем контактно-стыковой сварки соединительного конца (замковой части) с трубой. Использование труб, у которых сварка соединительного конца произведена по телу трубы (не
по |
высаженной части) показало, что сломы возникают как |
по |
сварному шву, так и по зоне термического влияния шва. |
Слом резьбового соединения бурильного замка и утяжеленных бурильных труб
Разрушение резьбового соединения по своему виду А.Е. Сароян делит на две группы: выкрашивание отдель ных витков и слом конуса ниппеля или муфты (раструба).
Наиболее многочисленным видом разрушения резьбы яв ляется выкрашивание отдельных витков, наблюдаемое на различных участках резьбы вдоль образующей конуса. При выкрашивании отдельных витков трещины усталости, обра зованные во впадинах смежных витков, распространяются в глубь тела резьбы до их взаимного пересечения, что приво дит к слому части витков. Чаще всего выкрашивание витков происходит на участках, расположенных у болыДег0 иди меньшего диаметра конуса, т.е. у первых или последних вит
ков. При одновременном разрушении ряда витков степень разрушения уменьшается в направлении от крайних витков, находящихся в сопряжении, к середине.
Это в значительной степени объясняется неравномерным распределением нагрузки по виткам резьбы и отклонением по конусности ниппеля и муфты. Нагрузка, действующая вдоль оси резьбового соединения, находящегося в скважине, распределяется по виткам резьбы неравномерно: больше у крайних витков, находящихся в сопряжении, и уменьшается к середине.
Кроме осевых сил, на замковое соединение действует и з гибающий момент, имеющий переменный характер и равный моменту, действующему на бурильную колонну. Последний приводит к возникновению на поверхностях витков нагру зок, неравномерно распределенных вдоль резьбы. При этом под действием изгибающего момента нагрузки по окружнос ти витка также распределяются неравномерно: наибольшее значение они имеют в осевом сечении замка, в плоскости изгиба, и наименьшее - в плоскости нейтрального слоя.
Реже встречается слом конуса ниппеля, имеющий вид вы крашивания отдельных участков конуса или отлома конуса в форме кольца, что объясняется характером распределения осевых сил и изгибающих моментов по длине резьбы. При этом усталостные трещины, образуясь у впадины резьбы, распространяются в глубь сечения; в некоторых случаях пе реходят ступенчато от одного витка к другому.
Ширина отломанных колец конуса ниппеля бывает раз личной: начинается от одного последнего витка и доходит до отлома всего конуса по первому витку, находящемуся в со пряжении (у большого основания).
Слому конуса в резьбовом соединении способствуют от клонения по конусности ниппеля и муфты, особенно разно именные, что приводит к увеличению нагрузки на крайних витках резьбы.
В значительной мере на разрушение резьбы влияет сте пень ее износа.
При изготовлении замковой резьбы с отрицательным на тягом наличие зазора по одной стороне профиля резьбы в свинченном соединении создает возможность относительного движения (скольжения) соприкасающихся сторон профиля при знакопеременном изгибе, что приводит к износу профи ля и в дальнейшем способствует его разрушению.
Изготовление резьбы с положительным натягом, при ко тором профиль резьбы соприкасается по двум сторонам с
одновременным доведением упорного уступа ниппеля и упор ного торца муфты до соприкосновения в процессе принуди тельного крепления замкового соединения, предотвращает относительное перемещение (скольжение) сторон профиля при знакопеременном изгибе колонны, что уменьшает износ резьбы, а следовательно, и разрушение витков резьбы.
Реже наблюдается отлом тела муфты замка в виде кольца или всей резьбовой части по последнему витку резьбы. Более редкие случаи отлома тела муфты по сравнению с ниппелем объясняются ее большей жесткостью.
Размыв резьбового соединения и тела трубы
Размыв резьбы представляет один из часто встречающихся разрушений резьбового соединения в резуль тате действия прокачиваемой жидкости. Разрушение соеди нения вследствие размыва происходит в замковом соедине нии и в соединении трубы с бурильным замком.
Чтобы возник размыв, необходим зазор, по которому могла бы двигаться жидкость, и перепад давления между по лостью труб и кольцевым зазором.
Истечение жидкости может происходить как в направле нии образующей конуса, так и в направлении винтовой ли нии. Встречается и комбинированное истечение жидкости: по образующей и винтовой линиям.
Размыв резьбы по образующей происходит вследствие волнообразного движения жидкости по виткам в направлении зазора, который образуется вдоль образующей конуса. При размыве резьбы по винтовой линии разрушается несколько витков, расположенных в месте выхода промывочной жид кости. На остальных витках не отмечается заметных следов размыва, что объясняется отсутствием резких изменений в направлении движения жидкости по винтовой линии.
Если размыв соединения произошел с выходом струи че рез тело детали, навинченной на трубу, зазор может быть только на части длины резьбы. При этом прокачиваемая жидкость, встречая на своем пути сопротивление, изменяет направление течения, что создает завихрение; в результате разрушаются тело трубы и детали.
Зазор в соединении может образоваться по причинам тех нологического и эксплуатационного порядка.
Причины технологического порядка следующие: несоответствие средних диаметров резьбы, заключающееся
в увеличении диаметра муфты и в уменьшении его у ниппеля на узком участке вдоль длины резьбы, что связано с техноло гией резьбофрезерования;
перекос упорных торцов и уступов вследствие неправиль ной подрезки;
значительное отклонение у отдельных элементов резьбы, особенно по конусности и шагу, а также овальность резьбы, исключающая правильность сопряжения.
Причины эксплуатационного порядка следующие: свинчивание резьб с поврежденными упорными торцом и
уступом, с не очищенной от засохшего глинистого раствора резьбой, недокрепление резьб, что приводит к нарушению правильности сопряжения;
нарушение герметичности вследствие заедания резьбы, о т винчивания соединения в процессе бурения и сработки резьбы;
применение некачественной смазки; недостаточное значение крутящего момента свинчивания
соединений.
Размыв тела трубы может быть вызван дефектами на вну тренней поверхности трубы (глубокие закатанные плены, крупные раковины и др.), нарушающими сплошность по верхности и связанными с технологией изготовления труб.
Наблюдается размыв бурильной трубы, расположенной у устья, в которую вставляется фильтр при турбинном бурении. Струя промывочной жидкости, выходящая из отверстий фильтра, воздействует на внутреннюю поверхность трубы, в результате возникает размыв.
У труб с приваренными соединительными концами отме чается размыв по сварному шву. При этом размыв появляет ся с образованием трещины усталостного характера по свар ному шву или с наличием значительного внутреннего грата после сварки, на участке которого наблюдается завихрение промывочной жидкости, способствующее размыву.
Срыв резьбы
Срыв резьбы наблюдается в 8-ниточном резь бовом соединении бурильных труб, соединении переводника с корпусом турбобура, замковой резьбе бурильных и утяже ленных труб.
Срыв резьбы, как правило, происходит в результате зна чительного износа или размыва резьбового соединения.
Износ замковой резьбы возникает вследствие многократ ного свинчивания-развинчивания замкового соединения, свя
занного со спуском и подъемом бурильного инструмента; вращения бурильной колонны, а также колебаний ее, вы званных работой забойного двигателя, долота и др.
На поверхности резьбы, подвергнувшейся сильному изно су, срабатываются обе стороны профиля резьбы. В замковом соединении больше срабатывается короткая сторона профи ля, т.е. та, которая расположена ближе к упорному уступу ниппеля, вследствие того, что короткая сторона в процессе работы соединения в скважине является рабочей стороной и воспринимает основную часть нагрузки.
На рис. 8.6 показан ниппельный конец утяжеленной трубы после срыва резьбы.
Переменные нагрузки расслабляют соединения, что созда ет возможность перемещения одной детали резьбового со единения по другой. Этому в большой степени способствует недостаточная затяжка соединения перед спуском в скважи ну. Относительное смещение деталей свинченного соединения приводит к постепенному износу поверхности витков и в дальнейшем к уменьшению высоты витка.
Глубина резьбы равна приблизительно 2,2 мм, в то время как глубина резьбы нового соединения составляет 3,74 мм (см. рис. 8.6).
Вотдельных случаях срыву способствуют значительные отклонения элементов резьбы, особенно по конусности,^ко торые приводят к увеличению неравномерности распределе ния нагрузки по виткам резьбы и в дальнейшем к значитель ному износу резьбы в процессе работы.
Врезультате износа площадь соприкосновения витков
резьбы уменьшается, а следовательно, при одних и тех же осевых нагрузках увеличиваются напряжения по виткам резьбы с последующим ее срывом.
Воронкообразные деформации замкового соединения
Воронкообразные деформации возникают в результате значительного увеличения наружного Диаметра муфты. При этом наблюдается также деформация упорного уступа ниппеля.
Проведенными наблюдениями было установлено, что ос новной причиной, приводящей к воронкообразным Дефор мациям, является значительный крутящий момент, особенНо в процессе отвинчивания труб, прихваченнв*Х в скважинах, при капитальном ремонте скважин.
Рис. 8.6. Срыв замковой резьбы |
Рис. 8.7. Бурильные трубы с блоки |
|
рующим пояском |
Значительный крутящий момент создает осевую сжимаю щую силу в резьбовом соединении, приводящую к последую щей деформации деталей замков.
Разрушение бурильных замков и муфт бурильных труб по телу
В процессе бурения или капитального ремон та скважин наблюдаются продольные и поперечные трещины по телу замковых деталей и муфт бурильных труб. Этот вид разрушения является следствием приложения значительных усилий, приводящих к довинчиванию деталей замка или муфт на трубы или неправильной термообработки (наличие зака лочных трещин, высоких закалочных напряжений).
Продольные трещины, образовавшиеся на муфте 89-мм бурильной трубы в процессе приложения значительного кру тящего момента, не связаны с понижением качества металла по сравнению с требованиями ГОСТа на бурильные трубы и муфты к ним. Трещины образуются в результате возникно вения в стенке муфты значительных нормальных напряжений в тангенциальном направлении в процессе довинчивания тру бы в муфту.
Трещины, возникающие в результате наличия в замковых деталях значительных внутренних (термических) напряжений, встречаются редко и выявляются до работы или вскоре после пуска замков в работу. На практике отмечались случаи слома новых бурильных замков в процессе разгрузки при их транспортировке.
К трубам, позволяющим уменьшить переменные нагрузки, действующие на резьбу, относятся трубы с блокирующим пояском (рис. 8.7), у которого за резьбой имеется проточен ный поясок, диаметр которого превышает диаметр расточки замковой детали. Замки навинчиваются на трубы в нагретом состоянии, что позволяет после охлаждения получить напря женное резьбовое соединение. Благодаря блокирующему по яску на резьбу передается лишь часть изгибающего момента, действующего на трубу. Это привело к увеличению предела выносливости труб указанной конструкции по сравнению со стандартной.
Значительные удельные давления, возникающие на по-
Рис. 8.8. Соединительный элемент ведущей трубы с блокирующим пояском
верхности сопряжения трубы с замковой деталью (особенно на участке контакта торца трубы с внутренним уступом дета ли), обеспечивают герметичность соединения.
Применяются соединения с блокирующим пояском других конструкций, в которых резьба выполняется цилиндрической и конической. В некоторых конструкциях отсутствует кон такт торца трубы с внутренним уступом замковой детали.
Конструкция соединения с блокирующим пояском кроме бурильных труб используется также для соединения ведущих труб с переводником (рис. 8.8). Промысловые испытания со единений ведущих труб с блокирующим пояском показали их высокую работоспособность.
Увеличение глубин скважин и возросшие нагрузки, дейст вующие на бурильную колонну, привели к необходимости по вышения механических свойств элементов бурильной колон ны. Предел текучести бурильных труб превышает 1050 Н /мм2. С целью увеличения прочности бурильные замки изготовля ются из хромоникелевых и хромомолибденовых сталей.
Значительное влияние на работу бурильной колонны ока зывает уравновешенность ее вращающихся частей. В ротор ном бурении особое значение приобретает уравновешенность утяжеленных труб. С этой целью рекомендуется производить
механическую обработку утяжеленных |
труб, что |
позволяет |
|||
|
|
|
Т аб л и ц а 8.1 |
||
Проверка |
Способ |
|
Периодич |
Последую |
|
Критерий от |
щее исполь |
||||
бурильных |
или средст |
ность про |
|||
труб |
во провер |
браковки |
верки |
зование |
|
|
ки |
|
|
отбракован |
|
|
|
|
ных труб |
||
|
|
|
|
||
Ультразву |
Дефекто |
Трещины глуби |
1 раз в 1 |
Перевод в |
|
ковая де |
скопическая |
ной более 3 мм, |
мес или 25- |
материал |
|
фектоско |
установка |
длиной по дуге |
30 рейсов |
|
|
пия труб |
|
более 50 мм |
долота |
|
|
ных резьб |
Цементиро |
Потеки и подпо- |
1 раз в 2 |
Перевод в |
|
Опрессовка |
|||||
свечей на |
вочный аг |
тевание в резьбо |
мес |
материал |
|
давление |
регат |
вых соединениях |
|
или ремонт |
|
30 МПа |
Замер час |
и теле труб |
Бурильные |
резьбы |
|
Проверка |
3-121 менее 3 об.; |
Перенарез- |
|||
сработки |
тоты вра |
3-147 менее 4 об.; |
трубы 1 раз |
ка резьбы |
|
замковых |
щения по |
наличие острых |
в 1 мес, УБТ |
|
|
резьбовых |
сле посадки |
граней в нитках |
постоянно |
|
|
соединений |
ниппеля в |
резьбы |
|
|
муфту и визуальный осмотр резьбы
Проверка |
Способ или |
|
Периодич |
Последую |
|
Критерий отбра |
щее исполь |
||||
бурильных |
средство |
ность про |
|||
труб |
проверки |
ковки |
верки |
зование от |
|
бракованных |
|||||
|
|
|
|
труб |
|
Проверка |
Предельная |
ЗШ-146 до 138 мм; |
1 раз в ме |
Смена зам |
|
сработки |
минусовая |
ЗШ-178 до 168 мм; |
сяц |
ковых сое |
|
наружной |
скоба |
ЗШ-203 до 192 мм; |
|
динений, |
|
поверхно |
|
ТБПВ-127 |
|
наплавка |
|
сти замков и |
|
|
|
износо |
|
УБТ |
|
|
|
стойких по |
|
Проверка |
Предельная |
Уменьшение диа- |
1 раз в ме |
ясков |
|
Перевод в |
|||||
наличия смя |
минусовая |
метра бурильной |
сяц |
материал |
|
тий в месте |
скоба |
трубы: |
|
|
|
посадки тру |
|
до глубины 3200 м - |
|
|
|
бы в клино |
|
4,5 мм, до 4500 м - |
|
|
|
вой захват |
|
4 мм, свыше |
|
|
|
Наружный |
Визуально |
4500 м - 3 мм |
Постоянно |
Перенарез- |
|
Вмятины, промы- |
|||||
осмотр |
при спуско- |
тости заплечиков, |
|
ка резьб, |
|
|
подъеме |
резьбы и тела тру |
|
перевод в |
|
Проверка |
Предельная |
бы |
1 раз в ме |
материал |
|
Уменьшение диа |
Перевод в |
||||
толщины |
минусовая |
метра трубы за |
сяц при глу |
типоразмер |
|
стенки бу |
скоба |
счет износа на |
бине скважи |
с толщиной |
|
рильной тру |
|
1,5 мм в любом |
ны более |
стенки, на |
|
бы в гладкой |
|
сечении |
4500 м, 1 раз |
1 мм мень |
|
части |
|
|
в 3 мес при |
шей |
|
|
|
|
глубине сква |
|
|
|
|
|
жины менее |
|
|
|
|
Уменьшение диа |
4500 м |
Перевод в |
|
|
|
|
|||
|
|
метра трубы на |
|
материал |
|
|
|
3 мм |
|
|
значительно повысить их уравновешенность, а тем самым увеличить надежность работы труб и резьбовых соединений. В турбинном бурении важна уравновешенность вращающихся частей турбобура, позволяющая уменьшить вибрации забой ного двигателя в процессе работы. Когда для борьбы с ис кривлениями скважины между турбобуром и долотом уста навливается утяжеленная труба, высокая степень уравнове шенности трубы оказывает существенное влияние на умень шение вибрации турбобура.
В качестве успешной профилактики сломов бурильных труб можно рекомендовать опыт нефтяников Ставрополь ского края, обобщенный в виде табл. 8.1.