4.3. Условия работы колонн бурильных труб

Бурильная колонна представляет собой вертикальный пустотелый вал с очень большим отношением длины к диаметру. При бурении, спускоподъемных и других операциях этот вал подвергается статическим и динамическим нагрузкам от растяжения, сжатия, продольного и поперечного изгиба, кручения и внутреннего давления. Характер нагрузок, действующих на бурильную колонну, не постоянен, а изменяется по всей длине. Если у забоя скважины действуют главным образом переменные нагрузки, то по мере приближения к устью скважины преобладают постоянные нагрузки.

Отличительная особенность бурильной колонны — потеря в процессе работы устойчивости, прямолинейной формы, равновесия под действием продольных и поперечных сил и крутящего момента. Ось бурильной колонны в общем случае принимает форму пространственной спирально изогнутой кривой переменного шага, величина которого увеличивается в направлении от забоя к устью скважины.

Масса бурильной колонны, вращающий момент, центробежные силы и перепад давления в отверстиях долота создают в дополнение к статическим динамические нагрузки в результате возникающих в процессе бурения осевых и поперечных колебаний колонны. Для гашения этих колебаний применяют амортизирующие устройства, устанавливаемые над долотом. Принцип действия амортизаторов основан на гашении возникающих колебаний эластичными элементами, которыми снабжен этот забойный механизм.

При роторном бурении на бурильную колонну действуют следующие основные усилия:

осевое усилие растяжения от собственной массы колонны (наибольшие растягивающие усилия проявляются возле устья скважины);

осевое усилие сжатия, создаваемое частью массы колонны и действующее в ее нижней части;

изгибающий момент, возникающий в результате действия центробежных сил в процессе вращения колонны;

крутящий момент, необходимый для вращения колонны.

При бурении гидравлическими забойными двигателями бурильная колонна неподвижна. По ней поступает промывочная жидкость к двигателю и долоту, и она воспринимает во время работы турбобура (в случае бурения турбинным способом) его реактивный момент. Так как бурильная колонна неподвижна и всегда, даже при небольшом искривлении ствола, лежит на стенке скважины, то реактивный момент воспринимается только нижней частью бурильной колонны и затухает по мере удаления к верху от турбобура вследствие трения колонны о стенки скважины. Таким образом, при бурении гидравлическими забойными двигателями число оборотов колонны бурильных труб равно нулю и ее можно считать практически разгруженной от действия вращающих моментов.

4.4. Комплектование и эксплуатация бурильной колонны

Подготовка бурильных труб к эксплуатации. Все трубы и соединительные элементы (замки, соединительные муфты, переводники), предназначенные для работы в скважинах, перед вводом их в эксплуатацию в соответствии с требованиями государственных стандартов, нормалей и технических условий подвергают на трубных базах внешнему визуальному осмотру, инструментальному обмеру основных размеров и проверке качества нарезки резьбы гладкими и резьбовыми калибрами. Особенно тщательно осматриваются и проверяются резьбовые соединения. Резьба должна быть гладкой, без заусениц, задиров и других дефектов, нарушающих ее непрерывность, плотность и прочность. После осмотра резьбовые соединения обязательно проверяются рабочими калибрами.

Трубы и замки, признанные годными после контрольной проверки их качества непосредственно на трубной базе, перед пуском в работу свинчивают и крепят между собой. Перед навинчиванием необходимо подобрать замок к трубе по натягу резьбы и по конусности, так как этим улучшается сопряжение резьбы. Замковая деталь, имеющая отклонение конусности по большему диаметру, свинчивается с трубой, имеющей также отклонение конусности по большему диаметру; могут быть также свинчены замок и труба, имеющие отклонение конусности по меньшему диаметру. При подборе замка к трубе по натягу на трубу, имеющую натяг резьбы с плюсовым допуском, должна быть навинчена замковая деталь с натягом резьбы, выполненным в пределах минусового допуска, и, наоборот, на трубу, имеющую натяг с минусовым допуском, — замковая деталь с натягом резьбы, выполненным в пределах плюсового допуска. Соединяемые трубу и замок с номинальной величиной натяга резьбы свинчивают без подбора. Навинчивание и крепление замков производится в горячем состоянии. Детали замков, подобранные к трубам, перед навинчиванием подвергают нагреву в специальных нагревательных печах. Пока замковая деталь нагревается на конец трубы с резьбой, подготовленной для навинчивания нагреваемой детали, на определенном расстоянии от последней риски резьбы в сторону тела трубы наносится керном метка, которая в дальнейшем служит ориентиром при осевом перемещении навинчиваемой нагретой детали замка. Замковые детали нагревают до 380... 430 °С в зависимости от типоразмера.

Перед навинчиванием замка на резьбу трубы наносят соответствующую смазку, но не на всю резьбу, а только на первые три-четыре нитки, считая от торца трубы. После того как замок нагрет, а резьба на трубе смазана, надлежит вынуть термопару из замка, извлечь замковую деталь из печи и навинтить ее на трубу. Горячий замок навинчивают на трубу так, чтобы торец его совпал с поставленным на трубу керном. Допускается недовинчивание замковой детали до керна не более 1,5...2,0 мм.

Чтобы в замке не создавалось чрезмерно высокого напряжения, которое может повлечь за собой разрыв замка, нельзя допускать дальнейшее продвижение детали после совпадения торца с меткой — керном.

Замок, навинченный в горячем состоянии, при охлаждении прочно схватываясь с трубой, обеспечивает прочность и герметичность соединений, для которых опрессовка не обязательна.

Эксплуатация бурильной колонны. Смонтированные новые бурильные трубы объединяют в комплекты, в составе которых они должны работать до полной амортизации. Комплекты состоят из труб, одинаковых как по диаметру и толщине стенок, так и по длине труб. В комплект включают трубы одной марки, изготовленные одним заводом, и замки одного типа, изготовленные также одним заводом.

Состав комплекта по числу бурильных труб и их длине не ограничивается. Каждому комплекту бурильных труб присваивается свой порядковый номер, а всем трубам, вошедшим в комплект, — свои порядковые номера внутри комплекта. Все трубы маркируются. Маркировка включает в себя: порядковый номер комплекта, показатель группы прочности стали, последнюю цифру года ввода трубы в комплект, номинальную толщину стенки в миллиметрах (для бурильных труб).

Комплекты труб учитывают и отрабатывают самостоятельно. Перевод отдельных труб из одного комплекта в другой запрещается.

На каждый комплект бурильных и утяжеленных труб заводят паспорт-журнал, в котором учитываются все трубы данного комплекта. Паспорт составляют в одном экземпляре и хранят на трубной базе. Документ действует до списания всех труб комплекта в материал. В процессе работы труб в скважинах в паспорт-журнал вносят отметки о ремонте, авариях и списании отдельных труб, а также указывают номера скважин, в которых работал комплект, длину части комплекта, участвующего в проходке каждой скважины, время работы труб, проходку по скважинам и сумму начисленного износа.

Производительной работой бурильных труб, участвующих в бурении скважин, считается проходка в метрах, а для труб мобильных комплектов — число скважин, в которых они работали. На трубы, участвующие в проходке скважин, начисляется условный износ в килограммах и рублях, определяемый исходя из количества пробуренных метров в данной скважине. Порядок начисления условного износа осуществляется в соответствии с Инструкцией по эксплуатации, ремонту и учету бурильных труб (Куйбышев, ВНИИТнефть, 1979). Нормы и расценки условного износа приведены в прейскуранте порайонных расценок на строительство нефтяных и газовых скважин (ППР) и справочнике укрупненных сметных норм (ЭСН).

При достижении суммы начисленного на комплект условного износа в рублях 70 % от первоначальной стоимости труб и 90 % от стоимости замков навинченных на трубы или приваренных к ним, начисление условного износа прекращается до полной отбраковки труб. Бурильные трубы списывают по фактическому их состоянию на основании результатов осмотра, дефектоскопии и инструментальных измерений.

Бурильные трубы, разбитые на комплекты и отмаркированные, доставляются на буровую. Буровая бригада, непосредственно эксплуатирующая трубы, замки и другие детали, тщательно проверяет качество труб, ведущие трубы и т.д., доставляемые в буровую, и соответствие их паспортным данным. Буровой мастер при доставке труб на скважину одновременно получает выписку из паспортов-журналов с отрывными талонами и извещениями о получении комплектов труб.

Трубы, замки, соединительные муфты, имеющие наружные дефекты (плены, трещины, кривизну и т.д.), не подлежат приемке. Обнаруженные детали с износом, выходящим за пределы норм, бракуются и отправляются на трубную базу (допустимая сработка наружной поверхности бурильных замков по диаметру при равномерном износе для ЗН-80 не более 5 мм; ЗН-95 и ЗН-108 - 6 мм; ЗН-140 - 7 мм; ЗН-172 - 8 мм; ЗН-197 - 9 мм; ЗШ-108 — 8мм;ЗШ-118 — 9 мм; ЗШ-146— 10мм;ЗШ-178 — 11 мм; ЗШ-203 — 12 мм; ЗУ-155 — 7 мм; ЗУ-185 — 8 мм).

После того как комплекты бурильных труб завезены на буровую, осмотрены и приняты буровым мастером, буровая бригада укладывает их на мостки. Отсюда их берут в процессе бурения для сборки в свечи.

Затаскивая трубы в фонарь вышки или подавая свечи из-за пальца, следует предохранять резьбу ниппеля от ударов о ротор и другие металлические предметы. При свинчивании резьбы в процессе спуска колонны бурильных труб нельзя допускать ударов ниппеля наращиваемой трубы о резьбу муфты трубы, спущенной в скважину. Во избежание самоотвинчивания и разъединения замковой резьбы при бурении забойными гидравлическими двигателями все замковые соединения закрепляют машинными ключами.

При спуске труб в скважину следует не допускать резкого торможения колонны или посадку элеваторов на ротор с ударом, так как это приводит к возникновению больших динамических нагрузок и нередко к авариям. С целью равномерного износа замковой резьбы следует при подъеме свечей менять положение средних (неразъемных) замковых соединений с концевыми (разъемными). При любом способе бурения необходимо строго руководствоваться нормами осевых нагрузок на долото, указанными в гтн.

После окончания бурения скважины при разборке свечей надлежит все трубы в замковой резьбе развинтить. Также отвинчивают все имеющиеся в колонне переводники, в том числе и предохранительный на ведущей трубе. Разобранные трубы укладывают на мостики аккуратно рядами по комплектам и обильно смазывают резьбу. Нельзя сбрасывать трубы с мостков на землю, транспортировать волоком и т.д. Ответственность за правильную эксплуатацию всех элементов бурильной колонны лежит на буровом мастере, который не должен допускать нарушений технических правил обращения с инструментом.

В процессе бурения могут происходить аварии, связанные с поломкой элементов бурильной колонны. Наиболее слабое место в бурильной колонне — резьбовые и сварные соединения бурильных труб с замками, по которым чаще всего происходят поломки. Для выявления в теле труб и в их соединениях дефектов широко используются методы дефектоскопического контроля качества труб, позволяющие определять местоположение таких дефектов, как закаточные трещины, раковины, закаты, плены, усталостные трещины и т.д. Для проверки качества труб непосредственно на буровой применяется ряд конструкций дефектоскопической аппаратуры и установок.

Эксплуатация ЛЕТ имеет некоторые особенности. В случае недостаточной интенсивности заполнения бурильной колонны (при ее спуске) промывочной жидкостью устанавливается один или несколько перепускных клапанов. Запрещается применять кислотные (грязевые) ванны для освобождения прихваченного инструмента. Концентрация водородных ионов (рН) в промывочной жидкости должна быть не более 11. Конструкция подсвечника должна предотвращать образование внутри труб ледяных пробок (замерзание части стекающего раствора в концах труб). Нельзя производить наладку машинных ключей на теле ЛЕТ. Запрещается нанесение каких бы то ни было рисок или меток на тело труб (кроме предусмотренных маркировкой).

При проводке скважины с целью достижения равномерного износа всех замковых соединений после каждых очередных 20 спуско-подъемных операций следует менять месторасположение разъемных и неразъемных замковых соединений, строго соблюдая последовательность этой замены.

Для защиты ЛЕТ от износа обязательно применение резиновых колец-протекторов.

Ремонт бурового инструмента. После окончания бурения скважины комплекты бурильных труб, ведущие трубы, УБК и переводники перевозят на трубную базу для профилактической проверки их состояния. На трубной базе трубы очищают от грязи, а резьбу замков и переводников промывают керосином или легкой нефтью. После этого трубы осматривают при помощи дефектоскопа, опрессовывают, выявляя требующие ремонта, а также негодные для дальнейшей работы.

Бурильные трубы, ведущие трубы и УБТ, требующие ремонта или имеющие исправимые дефекты, направляют после предварительной проверки в ремонтные цеха трубной базы. В этих цехах производят следующие ремонтные работы:

выпрямление искривленных и ведущих труб;

восстановление сработанной поверхности деталей;

восстановление сработанной опорной площади под элеватор у замковых муфт;

приварку к замкам колец, армированных твердым сплавом;

приварку замков к трубам;

ремонт резьб и т.д.

Контрольные вопросы

1. Для чего предназначена бурильная колонна? Назовите ее основные элементы.

2 Что представляют собой трубы бурильные ведущие? Для чего они нужны?

3. Какие существуют разновидности бурильных труб?

4. Каково предназначение замков для бурильных труб? Какие типы замков используются?

5. Для чего предназначаются утяжеленные бурильные трубы?

6. Что относится к элементам бурильной колонны? Охарактеризуйте каждый из них.

7. Приведите основные данные о резьбе.

8. Каковы условия работы колонны бурильных труб?

9. Расскажите о правилах эксплуатации бурильной колонны.