Некоммерческое партнерство «Региональный центр инноваций и трансфера технологий» (нп «рцитт»)

УДК
Регистрационный N
Инв. N
	УТВЕРЖДАЮ:
Исполнитель НП "РЦИТТ"	Генеральный директор НП "РЦИТТ"
__________________ П.Н. Букин	__________________ В.А. Филатов
«____» ________________ 2013 г.	«____» ________________ 2013 г.
	М.П.

ОТЧЕТ

О ВЫПОЛЕННИИ НИОКР

по теме

«Лазерный измеритель износа»

Этап 4 (заключительный)

Самара 2014г.

Введение

Бурильные трубы являются одним из основных инструментов при бурении скважин на нефть и газ. Их стоимость занимает большое место в балансе затрат на бурение. В настоящее время около 60% всех скважин бурится роторным способом. Постоянно увеличивается объём наклонно направленных скважин. Но при использовании данных технологий имеются и негативные последствия, такие как повышенный износ бурильных труб из-за вращения всей колонны в скважине.

Для замера диаметра труб обычно используют стандартный штангенциркуль, который дает достаточно точные результаты, но его основным минусом является то, что процесс измерения одной трубы может занимать продолжительное время, а если производить замер всей бурильной колонны, которая может состоять из 400 и более последовательно соединённых труб, измерения займут значительные временные рамки. Поэтому для решения этой проблемы предложен лазерный измеритель износа бурильных труб.В основе этого прибора лежит лазерный триангуляционный датчик, который широко используются в производстве для измерения профиля рельс во время движения, также такие датчики используются на конвейерном производстве для контроля диаметра, профиля, толщины производимой продукции.

Основной целью проведенного исследования являлась разработка устройства для измерения износа бурильных труб, с целью увеличения их ресурса.

Задачами исследования являлись:

- поиск прототипов измерителя диаметров бурильных труб, изучение их достоинств и недостатков;

- изучение известных методик списания труб и определения их износа;

- разработка алгоритма и программная реализация измерения износа труб;

- разработка конструктивной схемы и 3-dмодели прибора.

-разработка методики применения.

Основная часть

1. Информационно-технический обзор.

На данном этапе был проведен литературный и патентный обзоры по исследованию физических износа труб, протекающих при бурении скважин, а также рассмотрены недостатки известных методик списания труб.

В частности, было рассмотрено в каких условиях находятся трубы при строительстве скважин. Поскольку бурильная колонна передает породоразрущающему инструменту крутящий момент, осевую нагрузку, доставляет к забою очистной агент, и между скважиной и колонной всегда имеется зазор, то на нее действует целый комплекс постоянных (статических), переменных и динамических нагрузок, а также внутреннее и наружное давление очистного агента.

Максимальные постоянные (статические) нагрузки – это нагрузки на растяжение и кручение. Они действуют в верхней части колонны у устья скважины. Постоянными их называют потому что они не меняют своего знака. В случае прихвата бурильного инструмента значительный крутящий момент может возникнуть и в нижней призабойной зоне колонны бурильных труб. Эти нагрузки значительны по величине, и в случае несвоевременной отбраковки бурильных труб, достигших предельного состояния по износу, могут привести к их мгновенной поломке. Такие поломки возможны и в колонне новых бурильных труб, если по своей прочностной характеристике они не соответствует мощности бурового станка.

Нагрузки переменного характера по своей величине в 4-5 раз меньше статических, но они постоянно меняют знак нагрузки: растяжение (знак «+»), сжатие (сжатие «-»), создавая условия незаметного усталостного разрушения труб (образование микротрещин), действующие практически непрерывно. Что приводит к накоплению усталостного напряжения и ухудшению характеристик бурильных труб.

В процессе бурения скважин роторным способом вращается вся колонна (порой обороты достигают 150-200 об/мин). В результате интенсивного вращения колонны происходит трение металла о металл в обсаженной части или о стенки скважины в открытом стволе скважины, которые сложенные зачастую высоко абразивными горными породами. При трении изнашиваются тело и соединительные замки бурильных труб. Интенсивность их износа в верхней (растянутой) части бурильной колонны по длине одного замка относительно равномерна. А в сжатой части, из-за пространственной упругой деформации в виде винтовой спирали, износ принимает бочкообразную форму и с приближением к долоту увеличивается. В открытом стволе скважины интенсивность износа кратно выше, чем в обсадной колонне. Износ колонны происходит также и в результате спускоподъёмных операций. Он менее интенсивный чем при вращении колонны, но всё же имеет место быть.