Бурильная колонна

Размещено на http://www.allbest.ru

ОГБОУ СПО

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»

РЕФЕРАТ

Бурильная колонна

Студент группы 153

Коньшин А.В.

Томск

СОДЕРЖАНИЕ

1. Назначение и условия работы бурильной колонны

2. Бурильная колонна, ее назначение и составные элементы

3. Порядок расчета бурильной колонны

1. НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Связующим звеном между находящимся на поверхности буровым оборудованием и инструментом для разрушения породы является бурильная колонна. Она имеет многофункциональное назначение и может использоваться для: бурильный колонна работоспособность

направления ствола скважины;

создания нагрузки на долото и передачи ему вращательного движения;

восприятия крутящего момента при способе бурения забойными двигателями;

подачи бурового раствора в забой;

подъема и спуска забойных двигателей и долота;

исследования пластов и др.

проведения вспомогательных работ (проработка, расширка и промывка ствола скважины, ловильные работы и др.).

В случае возникновения аварийных ситуаций и других осложнений в скважине она служит обсадной колонной. А с применением вставного долота - каналом для его спуска.

Из-за большой протяженности бурильной колонны, при любом способе бурения, разные ее участки испытывают различные нагрузки: сжатие, кручение, растяжение, давление, продольный и поперечный изгиб. Наибольшая нагрузка растяжения приходится на самую верхнюю трубу при подъеме колонны. При способе бурения с промывкой растягивающую нагрузку увеличивает поток жидкости внутри трубы. Жидкость в затрубном пространстве наоборот, снижает ее.

Трение о стенки скважины выступающих частей колонны, прилипание ее гладких частей к глинистой корке увеличивают силу трения. Не меньше сила сопротивления увеличивается за счет кривизны ствола скважины, резких сужений.

Динамические нагрузки на бурильную колонну, которые определяют долговечность и прочность забойного двигателя, долота и бурильной трубы, наиболее тяжело учитывать. На вал забойного двигателя, низ колонны и долото эти нагрузки давят вследствие взаимодействия долота и забоя. На дальние участки колонны динамические силы действуют в процессе пульсации давящего бурового раствора, работы долота и забойного двигателя.

Причиной поперечных, продольных и крутильных колебаний очень разнообразны. В ухабистых забоях возникают продольные низкочастотные колебания. А высокочастотные колебания малой амплитуды обусловлены перекатыванием шарошек долота, скачкообразным разрушением породы и т.п.

Уводят долото в сторону поперечные силы, к которым приводит нестабильное сопротивление разрушения породы шарошками, зубьями. При этом возникает косой удар, который вызывает поперечные колебания.

Требования, предъявляемые к бурильной колонне

Требования, предъявляемые к бурильной колонне, обусловлены технологическими особенностями способа бурения, которые определяют условия работы, а так же геологическими особенностями разреза скважины. Исходя из этого, разрабатывают рациональную конструкцию и подбирают наиболее подходящий материал для изготовления колонны.

Независимо от условий работы, должен выполняться проектный режим бурения, обеспечиваться устройство скважины проектной глубины с высокими техническими и экономическими показателями без каких-либо осложнений. Поэтому компоновка колонны обязана иметь высокую прочность своих составных элементов, способную выдерживать возможные нагрузки: ударные, инерционные, вибрационные, а так же избыточные давления - наружные и внутренние.

Конструкция составных элементов бурильной колонны (замки, муфты, трубы и т.п.) должна обеспечивать надежный захват и прочное крепление соединений. Требования к резьбовым соединениям - исключение самопроизвольного отвинчивания, но при этом легкость разборки и сборки.

В целом, колонна должна иметь минимальную массу и быть экономичной.

Изготавливают бурильную колонну из технологичных высокопрочных материалов, устойчивых к агрессивным средам и абразивному изнашиванию при трении.

Рис 1 Бурильные трубы

2. БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА, ЕЕ НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Рис. 2 Схема бурильной колонны:

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

Состав бурильной колонны:

- вертлюг

- переводник вертлюга

- верхний переводник бурильной трубы

- ведущая труба

- нижний переводник ведущей трубы

- предохранительные переводник

- муфта бурильного замка

- бурильные трубы

- ниппель

- муфта

- переводник

- утяжеленные бурильные трубы

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.

3. ПОРЯДОК РАСЧЕТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

Бурильная колонна при бурении, проведения спускоподъемных и других операций находится в сложном напряженном состоянии, подвергаясь воздействию статических и динамических нагрузок, вызывающих растяжение, сжатие, продольный и поперечный изгиб, скручивание и др. С целью определения работоспособности элементов бурильной колонны и ее правильного конструирования производят специальные расчеты.

При роторном бурении на бурильную колонну действуют в основном следующие усилия:

осевое усилие растяжения от собственного веса колонны

при подъемке ее от забоя, когда наиболее опасное сечение находится в верхней части;

осевое усилие сжатия от веса колонны, когда наиболее опасное сечение находится в нижней части;

изгибающий момент, возникающий в результате действия центробежных сил;

крутящий момент, передаваемый колонной для разрушения горной породы на забое;

напряжение растяжения, вызванное прокачиванием раствора в колонне под давлением.

В зависимости от возникающих усилий рис.2 опасным может являться верхнее сечение т-т в момент начала подъема (совместное действие растяжения от собственного веса и кручения); нижнее сечение п-п бурильных труб в месте резьбового соединения (совместное действие усилий сжатия и кручения).

Обсадные колонны рассчитывают на прочность согласно инструкции, разработанной ВНИИТнефтью. Наблюдения показали, что обсадные колонны разрушаются под действием избыточных внутренних и наружных давлений, а также собственного веса. Распространены повреждения обсадных колонн вследствие их протирания бурильными трубами при роторном бурении и нарушения герметичности резьбовых соединений.

Прочность обсадных колонн рассчитывается по следующим условиям:

на внутреннее давление n = pт/pв ? [n];

на наружное давление S = ркр/рн ? [S];

на растяжение K = рст/G ? [k]

где рт, ркр, рст -- предельные внутреннее и наружное давления, и растягивающая нагрузка обсадной колонны; рв,рн, G -- избыточные внутреннее и наружное давления, растягивающая нагрузка; п, S, k -- запасы прочности по внутреннему, наружному давлению и растягивающей нагрузке; [п], [S], [k] -- допускаемые запасы прочности обсадных колонн по внутреннему, наружному давлению и растяжению.

Предельное внутреннее давление, характеризующее сопротивляемость трубы внутреннему давлению, определяется по давлению, при котором напряжения в меридиональном сечении трубы достигают предела текучести. Величина этого давления, зависящая от диаметра, толщины стенки и материала трубы, вычисляется по формуле

рт = 2дутс/D,

где д -- номинальная толщина стенки трубы, мм; ут -- предел текучести материала труб, МПа; D -- наружный диаметр трубы, мм; с -- коэффициент, учитывающий допускаемое по ГОСТ 632--80 отклонение толщины стенки трубы от номинального значения (с=0,875).

Сопротивление трубы внутреннему давлению возрастает с уменьшением диаметра и увеличением толщины стенки и прочности материала труб. Предельные внутренние давления обсадных труб, приводятся в справочниках по трубам нефтяного сортамента и в других литературных источниках

ДЛЯ РАСЧЕТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ РЕКОМЕНДОВАНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ СЛЕДУЮЩУЮ ЛИТЕРАТУРУ И ИНТЕРНЕТ-РЕСУРСЫ:

1. Справочник бурового мастера. Учебное пособие в 2-х томах под общей редакцией В.П. Овчинникова, С.И. Грачева, АА Фролова. Институт нефти и газа Тюменского нефтегазового университета. 2006 г

2. Руководящие документы Министерства нефтяной и газовой промышленности.

Размещено на Allbest.ru