книги / Нефтегазовое дело. Полный курс

единяющие м еж ду собой отдельны е бурильны е трубы; переводники, соединяющие элем енты бурильной колонны с разны м и разм ерам и и резьбой; центраторы и стабилизаторы , предупреж даю щ ие искривле­ ние ствола скваж ин при бурении забойными двигателями.

Труба бурильная ведущ ая им еет в сечении квадратную, ш естигранную или крестообраз­ ную форму с отверстием д л я прохода бурово­ гораствора (рис. 7.5). В едущ ая бурильная тр у ­ ба проходит сквозь располож енны е на роторе йкшдыши с роликами. Б лагодаря роликам ве­ дущая бурильная труба по м ере углубления скважины мож ет п ерем ещ аться вниз сквозь вкладыш. Ротор, вклады ш и и ведущ ая буриль­ ная труба вращ аю тся как единое целое. Усло­ вием бурения является вращ ение этой систе­ мы по часовой стрелке. П ри вращ ении в про­ тивоположную сторону труба вы винчивается.

Ведущая бурильная труба всегда явл яется верхней секцией бурильной колонны. П осле того как скважина пробурена на глубину око- ^10м, для удлинения трубы необходимо при ­ соединить новое звено — этот процесс н азы ­

вается наращ иванием колонны. Конструктивно ведущ ие трубы вы полня­

ются в двух вариантах: сборными и цельными.

Сборные включают в себя собственно трубу (штангу), верхний перевод­ ник для соединения с вертлю гом и ниж ний переводник для присоеди­ нения к бурильной колонне. Свободный конец верхнего переводника для соединения с вертлю гом снабж ен левой замковой резьбой.

Наиболее часто использую тся трубы сборной конструкции квад рат­ ного сечения с разм ерам и от 65 х 65 до 155 х 155 мм.

Бурильные т р у б ы характери зую тся номинальной массой на еди ­ ницу длины, наруж ны м диаметром, толщ иной стенки, пределом проч­ ности и пределом текучести. Трубы изготовляю тся длиной 6,8 и 11,5 м при наружном диам етре 60, 73, 89, 102 мм. При диам етре 114, 127, 140, 168 мм трубы имею т длину 11,5 м. Д ля повы ш ения прочности участков в местах соединения стенка бурильной трубы имеет утолщ ение, н азы ­ ваемое высадкой (рис. 7.6).

Бурильные трубы сборной конструкции изготовляю тся с вы саж ен ­ ными внутрь концам и (Т БВ К ) и с вы саж ен н ы м и н а р у ж у концам и

(ТБНК). Последние имеют больш ую прочность вы саж енной части, их ж ивое сечение не имеет суж ений в зам ках, благодаря чему эти трубы оказы ваю т меньш ее гидравлическое сопротивление в процессе цирку­ ляции промывочной жидкости. Бурильны е трубы хранят в горизонталь­ ном полож ении на стеллаж е, располож енном возле буровой установки.

£2777;>//7r///77777ZZb

Рис. 7.6. Концы бурильных труб и муфты к ним:

а — с высаженными внутрь концами; б — с высаженными наружу концами; 1 — ниппель; 2 — муфта

Таблица 7.5. Характеристика четырех типоразмеров бурильных труб

Д ля изготовления бурильны х труб и соединительны х м уф т исполь­ зую т с т а л и семи групп п р о ч н о сти : от стали группы Д с пределом те­ кучести 373 М Па и временным сопротивлением разры ву 637 МПа до стали группы Т с соответствую щ ими парам етрам и 980 и 1078 МПа. Это среднеуглеродисты е и легированны ^ стали. Все элем енты бурильной

колонны подвергаю тся терм ической обработке. П рим еняю тся такж е легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ) из алюминиевого сплава Д 16. На ЛБТ навинчиваются стальны е зам ки облегченной конструкции.

Существуют трубы бурильные с соединительными концами, которые приварены к обычной трубной заготовке, не имеющей высаженных кон­ цов (ТБП). Эти трубы применяют только при турбинном способе бурения.

Существуют трубы бурильны е с соединительными концами, кото­ рые приварены к трубной заготовке, с вы саж енны ми н аруж у концами (ТБПВ). Трубы этого типа прим еняю т как в роторном, так и в турбин­ ном бурении.

Существуют трубы ТБПВЭ, которые отличаются от ТБПВ конструкци­ ей соединительных концов. Эти трубы созданы для бурения электробуром.

Для защиты от коррозии наруж ны е поверхности труб и м уф т по­ крываются краской. На каж дой трубе вы бивается клеймо, указы ваю ­ щее марку стали, номер трубы , номер плавки, дату выпуска, наруж ны й диаметр в дюймах, толщ ину стенки, товарны й знак завода-изготовите­ ля. По окончании бурения одной скваж ины бурильная труба использу­ ется снова, при этом ей присваивается показатель износа.

Утяжеленные бурильные т р у б ы (УБТ) устанавливаю тся в нижней части бурильной колонны для увеличения ее жесткости, устойчивости и передачи нагрузки на долото. И х внешний диаметр совпадает с диамет­ ром обычных бурильных труб, однако внутренний диаметр меньше. Су­ ществует несколько разновидностей УБТ, различающ ихся по исполнению:

•сбалансированные трубы (УБТС -2), в которых канал для обеспе­ чения балансировки получаю т сверлением, а их концы подверга­ ются термообработке;

•горячекатаные — изготовляю тся гладкими по всей длине и прим е­

няются в неслож ны х геологических условиях;

•трубы с высокопрочными зам кам и (УБТСЗ) — с повышенной и з­ носостойкостью и прочностью резьбового соединения.

Таблица 7.6. Параметры трех типоразмеров сбалансированных утяжеленных труб УБТС-2

Замки для бурильных т руб предназначены для соединения труб в колонну. В процессе спуска и подъема бурильной колонны нецелесооб­ разно свинчивать и развинчивать все трубы, из которых она составле­ на, Гораздо быстрее выполнять спускоподъемные операции при навин­ чивании и отвинчивании сразу нескольких труб. Комплект таких труб называется свечой и может иметь разную длину. Свеча может быть со­ брана из двух труб (двухтрубка) общей длиной до 25 м при высоте выш­ ки 41—45 м и из трех труб длиной до 37 м при высоте выш ки 53— 58 м. Соединение труб в свечи и свечей друг с другом осущ ествляю т буриль­ ными замками (рис. 7.7). Соединительные муфты применяют при сбор­ ке двухтрубок.

Ш Л И У / 7 Т П / и / 7 Т 7 7 7

T Z Z zzzzzzzzzrn

Рис. 7.7. Соединение бурильных труб:

а — бурильны м замком; б — соеди н и тел ьн ой м у ф т о й

Замки состоят из двух деталей: замкового ниппеля с наружной резь­ бой и замковой муфты с внутренней крупной резьбой. Посредством та­ кой резьбы указанные детали соединяются меж ду собой. С бурильны­ ми трубами замковые детали соединяются мелкой трубной резьбой. Различаю т типы замков ЗН, ЗШ и З У — замки с нормальным, широким и увеличенным проходным отверстием, соответственно. В обозначение типоразмера замков входит наружный диаметр ниппеля и муфты, на­ пример, ЗШ -108 или ЗУ-185.

Переводники — это разновидность соединительных элементов бу­ рильной колонны.По конструкции, материалам и разм ерам они имеют много общего с бурильными замками. Размеры резьбы и требования к ее качеству у переводников и замков одни и те же. Сущ ествует 90 типо­ размеров переводников на все необходимые случаи соединения элемен-

тов колонны, в частности, для перехода от одного типа замковой резьбы к другому типу резьбы , а так ж е д л я соединения инструментов, когда они располагаются навстречу друг другу ниппелями или муфтами.

Наиболее распространенны й вид переводника — с т а б и л и з а т о р , который контактирует со стенками скваж ины с помощью лезвий. Его основное назначение — уд ерж ивать колонну в скваж ине в вертикаль­ ном положении.

Резьба для свинчивания м еж ду собой элем ентов колонны бурильно­ го инструмента вы полняется двух типов: м елкая (трубная) и крупная (замковая).

Мелкой трубной резьбой теугольного проф иля снабж ены бурильные трубы, соединительные м уф ты , трубны е концы замков и переводников. Замковой резьбой снабж ены ниппели и м уф ты бурильны х замков, пе­ реводники, долота, ловильны е инструм енты . Н иппель и м уф та буриль­ ного замка соединяю тся при помощ и конической крупной зам ковой резьбы треугольного проф иля.

Крупная зам ковая резьба со значительной конусностью позволяет многократно свинчивать и развинчивать свечи с небольшой затратой вре­ мени. Применение бурильны х замков такж е предотвращ ает преж девре­ менный износ бурильных труб: при наличии замкового соединения клю ­ чами захватываю тся не бурильные трубы, а ниппель и м уф та замка.

Резьба всех соединений колонны бурильного инструм ента коничес­ кая, она м ож ет иметь как правое, так и левое направление. П олная ко­ нусность трубной резьбы 1/16, замковой — 1/4 или 1/6. Число ниток трубной резьбы равно 8 на 24,5 мм, замковой — 5 или 4 нитки на 25,4 мм. Трубы бурильные с блокирую щ ими поясками имеют трапецеидальную резьбу и конический поясок, обеспечиваю щ ие прочность и герм етич­ ность соединения.

П р о те к то р ы использую тся для предохранения бурильных и обсад­ ных колонн от взаимного истирания. Конструктивно — это разъем ны е и неразъемные резиновы е кольца, надеваем ы е на бурильны е трубы вблизи замка. Н аруж ны й диам етр кольца, надетого на трубу, больш е диаметра замка, длина кольца достигает 200 мм.

Ц е н т р а т о р ы — элем енты компоновки, предназначенны е для цен­ трирования бурильной колонны в месте их установки. Основным при ­ знаком калибраторов и центраторов явл яется наличие прерывистого контакта с малыми интервалам и со стенками скважины . И х длина со­ ставляет 1— 2 диам етра долота.

С т а б и л и за то р ы — элем енты компоновки, устанавливаем ы е над долотом и предназначенны е для центрирования компоновки низа бу-

рильной колонны и стабилизации направления скважины. Характер­ ным признаком стабилизаторов является наличие непрерывного кон­ такта со стенками скважины на длине 50— 80 диаметров долота.

Обратные клапаны для бурильных труб использую тся для предот­ вращения выхода воды, нефти или газа через бурильные трубы в про­ цессе бурения. Клапан собирается в корпусе переводника устанавли­ вается в колонне между замковыми соединениями над долотом. Уста­ новка управляемого клапана позволяет импульсом потока открывать или закрывать канал труб, производить обратную циркуляцию и отбор пластовой жидкости по каналу бурильных труб.

Бурильная колонна — это вертикальный пустотелый вал, который является связующим звеном между буровым оборудованием, расположенным на дневной поверхности, и скважинным инструментом. Принципиальная схема компоновки бурильной колонны для бурения с забойным двигателем показана на рис. 7*8.

При бурении колонна подвергается растягивающим, сжимающим, изгибающим нагрузкам, а также кручению и нагрузкам от давления про­ мывочной жидкости. Кроме того, характер нагрузок меняется по длине колонны: у забоя скважины действуют главным образом переменные нагрузки, у устья скважины преобладают постоянные нагрузки.

Бурильные колонны бывают одноразмерными (одноступенчатыми), составленными из труб одного наружного диаметра, и многоразмерны­ ми (многоступенчатыми), составленными из труб двух, трех или четы­ рех наружных диаметров. Для глубоких скважин применяются много­ размерные колонны.

При роторном бурении на колонну действуют:

•осевое растягивающее усилие от собственного веса с максимумом на устье скважины;

•осевое сжимающее усилие, создаваемое в нижней части колонны частью собственного веса;

•изгибающий момент от действия центробежных сил;

•крутящ ий момент в период работы долота.

Нижний участок колонны составляют из УБТ, устанавливаемых непосредственно над долотом или забойным двигателем. Оптимальная длина жесткой наддолотной части компоновки низа бурильной колон­ ны определяется на основе расчетов. В нормальных условиях бурения соотношение между диаметрами УБТ и долот принимается в пределах

Рис. 7.8. Схема компоновки бурильной колонны для бурения с забойным двигателем [75]:

Î —ствол вертлюга; 2,7 — левая и правая трубные резьбы; 3—переводник вертлюга; 4,9 —левая и правая замковые резьбы; 5,8 —верхний и нижний штанговые переводники; б—ведущая труба; 10—предохранительный пе­ реводник; 11 —замковая резьба; 12—замковая муфта; 13—трубная резь­ ба; 14 —бурильная труба; 15 — соединительная муфта; 16 — переходный переводник; 17 — предохранительное кольцо; 18 — утяжеленные буриль­ ные трубы; 19 — амортизатор; 20 — муфтовый переводник; 21 — центра­ тор; 22 — забойный двигатель; 23 — калибратор; 24 —буровое долото

0,70— 0,85 (табл. 77). Н аддолотный комплект, обычно принимаемый дли­ ной 500 м, устанавливается над У БТ и составляется из бурильных труб группы прочности Д и максимальной толщ иной стенки.

Таблица 7.7\ Рациональное соотнош ение некоторых диаметров долота,

УБТ и бурильных труб, мм

В процессе работы ось бурильной колонны принимает форму спи­ рали с переменным шагом, который увеличивается в направлении от: забоя к устью скваж ины . П рименение «жестких» компоновок с калиб­ рую щ ими и опорно-центрирую щ ими элем ентами не допускает искрив­ ления скваж ин, позволяет устран ять зависание инструмента и вести спуск обсадных колонн без осложнений. К опорно-центрирующ им эле­ ментам бурильной колонны относятся центраторы , стабилизаторы, м* ховики и расш ирители.

М ощность, затрачи ваем ая на вращ ение колонны в процессе буре* ния, слагается из мощ ности N ^ требуемой для преодоления сопротив­ ления при работе долота (разруш ение горной породы, трение о стеш и в опорах ш арош ек), и мощ ности ЛГхв, затрачиваем ой на холостое вра­ щ ение колонны (трение о стенки скваж ины и вязкостное сопротивлеч ние бурового раствора).

В качестве прим ера можно назвать следую щ ие цифры . При буре­ нии долотом диаметром D = 190 мм при скорости вращ ения п = 80 мин-1 и нагрузке на долото 50— 150 кН значение N достигает 11— 36 кВт. При вращ ении бурильной колонны длиной 2500 м и диаметром 140 мм в вер­ тикальной скваж ине диам етром 394 мм, заполненной буровым раство­ ром плотностью 1400 к г/м 3, значение ЛГхв составляет 27 кВт.

П рочность бурильной колонны определяется при статических и ди­ намических нагрузках, которые возникаю т при спускоподъемных опе­ рац иях и в процессе бурения. Н аибольш ие напряж ения от статических нагрузок возникаю т у устья скваж ины и в м естах перехода от труб од-

ного диаметра к трубам другого диаметра. Расчет ведется на совм ест­ ное действие норм альны х и касательн ы х напряж ений . Д опускаем ая нагрузка на замковое соединение от веса колонны определяется из спе­ циальных таблиц. Н априм ер, зам ок ЗШ -146 при коэф ф и ц и енте за п а ­ са прочности 1,5 способен вы д ер ж ать вес колонны 1830 кН, а зам ок ЗН-172 — 3610 кН.

При бурении забойными двигателям и бурильная колонна неподвиж ­ на, но во время работы турбобура колонна воспринимает создаваем ы й им реактивный момент. Р еактивны й момент воспринимается преим у­ щественно нижней частью неподвижной колонны вследствие ее опирания и трения о стенки скваж ины . В этом случае расчет бурильной ко­ лонны сводится к определению допускаемой глубины спуска.

При проверочном расчете бурильной колонны рассчиты ваю т н и ж ­ нюю (первую) секцию на внутреннее и наруж ное давление; определя­ ют напряжения р астяж ен и я и сж ати я и соответствую щ ие коэф ф ици ­ енты запаса прочности от действую щ их нагрузок. Динамические нагруз­ ки на элементы колонны создаю тся вращ ением колонны, перепадом давления в отверстиях долота, осевыми и поперечными колебаниями колонны, а такж е спускоподъемны ми операциями. Д ля смягчения этих нагрузок применяют устанавливаем ы е над долотом амортизирую щ ие устройства из эластичны х м атериалов.

Бурение начинается с того, что к ведущ ей трубе привинчивается долото, вращ ение которому п ередается от ротора через ведущ ую бу­ рильную трубу. Во врем я бурения скваж ина постепенно углубляется и происходит непреры вны й спуск бурильного инструмента. Подача ин­ струмента производится таким образом, чтобы часть веса его ниж ней части передавалась на долото д л я обеспечения эффективного р а зр у ­ шения породы. После того как вся бурильная труба погруж ается в сква­ жину, производится наращ ивание колонны бурильных труб.

Наращивание бурильной колонны вы полняется в следую щ ей пос­ ледовательности. В начале остан авли вается промывка скваж ины . З а ­ тем с помощью трубны х элеваторов бурильная колонна подним ается из скважины настолько, чтобы бурильная труба полностью вы ш ла из ротора. При помощи пневматического клинового захвата бурильная ко­ лонна подвеш ивается на роторе. С помощ ью бурового клю ча ведущ ую трубу отвинчивают от колонны труб и вм есте с вертлю гом опускаю т в специальный ш у р ф , располож енны й в углу буровой. О тсоединяю т крюк от вертлюга. П одвеш иваю т на крю ке заран ее подготовленную бу­ рильную трубу и соединяю т ее с колонной труб, подвеш енной на рото­ ре. Снимают колонну с ротора, опускаю т ее в скваж ину на вы соту тр у -

бы и вновь подвеш иваю т на роторе. П одъем ны й крю к соединяют с вертлю гом и поднимаю т его вм есте с ведущ ей трубой из ш урфа. Со­ единяю т ведущ ую труб у с колонной. С нимаю т бурильную колонну с ротора. В клю чаю т буровой насос и возобновляю т циркуляцию про­ мывочной ж идкости. О сторож но доводят долото до забоя и продолжа­ ют бурение.

П ри бурении долото изнаш ивается и возникает необходимость в его замене. Д ля этого бурильны й инструм ент поднимаю т на высоту веду­ щ ей трубы и подвеш иваю т на роторе. Отсоединяю т ведущ ую трубу от колонны и спускаю т ее вместе с вертлю гом в ш урф . Поднимают буриль­ ную колонну на вы соту бурильной свечи и подвеш иваю т ее на роторе. С вечу отсоединяю т от колонны и устанавливаю т ниж ним концом на подсвечник, а верхним — на палец. В такой последовательности подни­ маю тся все свечи. Зам ен яется отработанное долото, и начинается спуск бурильного инструм ента в скваж ину.

элем енты подвергаю тся на трубны х базах осмотру, обмеру и проверке качества нарезки резьбы . Особенно тщ ательно проверяю тся резьбовые соединения специальны ми рабочими калибрами.

П ризнанны е годными трубы и зам ки перед пуском в работу свинчи­ ваю т м еж ду собой. П еред навинчиванием зам ок и труба подбираются по натягу резьбы и по конусности, и на резьбу трубы наносят смазку Д ля обеспечения прочности и герметичности соединений навинчивание и крепление замков производится в горячем состоянии. Обычно замко­ вы е детали нагреваю тся до 400 °С.

Смонтированные новые буровы е трубы объединяю т в комплекты, в составе которых они долж ны работать до полной амортизации. Комп­ лекты состоят из труб, одинаковы х по диам етру, толщ ине стенок и по длине. В ком плект вклю чаю тся трубы и зам ки одного типа, изготовлен­ ные одними заводами. К аж дом у ком плекту присваивается свой номер, а трубам — свои порядковы е номера внутри комплекта. Все трубы мар­ кирую тся. В м аркировке указы вается: номер ком плекта, группа проч­ ности стали, толщ ина стенки и год ввода трубы в комплект. Перевод труб из одного комплекта в другой запрещ ается.

На каж ды й ком плект труб заводится паспорт-ж урнал, действую­ щ ий до списания всех труб комплекта. П аспорт хранится на трубной базе.