Динамічні поздовжні і поперечні навантаження при бурінні з плавучих засобів.

Одночасна дія на бурильну колону перерахованих вище сил ускладнює умови її роботи при роторному способі буріння.

а) б) в) г) д) е) є)

Рисунок 5.30 − Характер навантажень на бурильну колону при роторному бурінні

При бурінні з допомогою вибійних двигунів бурильна колона не обертається, тому умови роботи її полегшені. На бурильну колону діють ті самі навантаження, що і при роторному бурінні, за виключенням зумовлених обертанням колони труб.

Отже, при бурінні з вибійними двигунами переважають статичні навантаження на бурильну колону (осьові розтягуючі і стискуючі сили, згинаючі моменти на викривлених ділянках стовбура свердловини, реактивний момент вибійного двигуна, рис. 5.31,г). Змінні складові згинаючих і крутних моментів є незначними.

Динамічні складові осьових сил у наддолотній частині бурильної колони можуть досягати вагомих значень.

При турбінному способі підвищені гідравлічні навантаження на бурильну колону за рахунок перепаду тиску на турбобурі.

а) б) в) г) д) е) є)

Рисунок 5.31 − Характер навантажень на бурильну колону при бурінні з допомогою вибійних двигунів

Аварії при роторному бурінні відбуваються, в основному, із-за поломок елементів бурильної колони унаслідок втомного зносу різьб, зварювального шва, матеріалу трубної частини і приєднувальних елементів. Аварії при бурінні із вибійними двигунами відбуваються, в основному, із-за прихватів, нерухомо лежачої на стінці свердловини бурильної колони, і розмиву різьбових з'єднань і стінок труб.

Тому з практичної точки зору представляє інтерес визначення напруженого стану найбільш навантажених ділянок колони з тим, щоб виробити принципи експлуатації, що забезпечують її тривалу і безаварійну роботу.

5.9. 2. Вплив середовища на роботу бурильної колони

► В умовах свердловини бурильна колона знаходиться в середовищі абразивних і корозійно-активних гірських порід і промивальної рідини, що обумовлює абразивний, ерозійний і корозійний знос її елементів.

Практика буріння показує, що до найбільшого зносу при СПО та бурінні схильні зовнішні поверхні замків, муфт і ін. При терті об тверді і абразивні породи на поверхні труб, особливо у замків, часто утворюються глибокі борозни, надрізи, лінії. Інтенсивність абразивного зношування зростає із збільшенням притискуючої сили і коефіцієнта опору руху. Отже, за інших рівних умов із збільшенням ваги бурильної колони, глибини свердловини, ускладненням профілю свердловини, абразивності гірських порід вона збільшуватиметься. Із зростанням глибини буріння знос посилюється як із-за збільшення ваги колони, так і об'єму СПО. Якщо при бурінні із вибійними двигунами колона зношується головним чином при СПО, то при роторному бурінні при глибинах до 2500-3000 м труби зношуються в основному в процесі механічного буріння, а при великих глибинах - переважно при СПО. Отже, абсолютна величина зносу елементів бурильної колони пропорційна глибині буріння свердловини.

Аналогічні пошкодження на поверхні замків утворюються від сухарів бурових ключів, які можуть бути центрами корозії.

При недостатній герметичності різьбових з'єднань через них можливі витоки рідини, які можуть стати причиноюерозійного зносу колони. Вірогідність витоків зростає із збільшенням перепаду тиску в трубах і за ними, тобто у верхній частині колони. Проте герметичність може порушитися і при розкритті різьбових з'єднань унаслідок подовжнього або поперечного вигину, на ділянках каверн в нижній стислій частині. Витоки абразивної рідини, спочатку незначні, за короткий час можуть перейти в могутній струмінь і привести до розмиву різьбового з'єднання, а іноді утворити промоїну і в тілі труби - за наявності в нім тріщини.

Ерозійний знос колони в більшій мірі характерний бурінню з ГЗД.

Порушення цілісності поверхні труб прискорює і процес їх корозійно-втомного зношування, що обумовлюється присутністю в промивальній рідині атомарного кисню, водню, двоокису вуглецю, сірководню, розчинених солей і кислот, які можуть поступати в промивальну рідину або разом з рідиною пласта, газами, шламом, або утворюються в результаті хімічних реакцій.

Водневе окрихчування і сульфідне розтріскування у ряді випадків є найнебезпечнішим видом корозії. Атомарний водень, що є продуктом більшості корозійних реакцій, може тривалий час зберігатися у присутності сульфіду, що поступає, наприклад, з пластовою водою. Проникаючи в структуру металу, досягши критичної концентрації він може викликати раптове крихке руйнування в місцях концентрації напруги, джерелом якої є різьбові з'єднання. Інтенсивність водневого окрихчування сталей підвищується із зростанням концентрації атомарного водню, міцності сталей, величини напруги, тривалості їх дії, температури і т.д. Наявність окалини, дрібних тріщин, механічних надрізів, неоднорідність хімічного складу і мікроструктури металу і інших дефектів, концентрація напруги також підсилюють корозію.

Корозійний вплив середовища, в якому перебуває бурильна колона, зводиться до зменшення показників міцності матеріалу труб та інших елементів бурильної колони. Труби з алюмінієвих сплавів кородують більше, ніж сталеві. Буріння у високоагресивних середовищах при наявності сірководню потребує застосування спеціальних сталей для виготовлення труб.

Вплив температури на роботу бурильних труб зумовлений, в основному, зміною механічних властивостей матеріалу труб, в тому числі зменшенням міцності. Розміцнення труб з алюмінієвих сплавів настає при температурі близько 120°С і з підвищенням температури різко збільшується. Інтенсивність зменшення міцності залежить від тривалості дії температури.

Всі перераховані види зносу у поєднанні з ударними, вібраційними, осьовими і моментними навантаженнями можуть поступово привести до зниження міцності і герметичності, а іноді і до повного виходу з ладу (поломки, промиву і ін.) спочатку міцних і герметичних труб.

Дата добавления: 2015-07-20