44858

Назначение и состав бурильной колонны. Типы и размеры труб. Материал для изготовления. Определение действующих нагрузок

Доклад

География, геология и геодезия

Бурильная колонна состоит из ведущей трубы бурильных труб и утяжеленных бурильных труб соединяемых бурильными замками муфтами и переводниками. Утяжеленные бурильные трубы устанавливают в нижней части колонны и они служат для создания осевой нагрузки на долото. Между ведущей и утяжеленными трубами находятся бурильные трубы составляющие большую часть бурильной колонны. ВЕДУЩИЕ ТРУБЫ Ведущие трубы имеют квадратный шестигранный либо крестообразный профиль с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода промывочного...

Русский

2013-11-14

23.19 KB

85 чел.

  1.  Назначение и состав бурильной колонны. Типы и размеры труб. Материал для изготовления. Определение действующих нагрузок.

Бурильная колонна предназначена для выполнения следующих основных функций:

1) передачи вращения от ротора породоразрушающему инструменту;

2) передачи неподвижному столу ротора реактивного крутящего момента, возникающего при бурении скважины забойными двигателями;

3) создания на долото осевой нагрузки;

4) подвода промывочной жидкости для очистки забоя скважины от выбуренной породы, а также для привода забойных гидравлических двигателей;

5) подъема кернового материала и спуска аппаратуры для исследований в стволе скважины;

6) проработки и расширения ствола скважины, испытания пластов, ликвидации аварий в скважине.

Бурильная колонна состоит из ведущей трубы, бурильных труб и утяжеленных бурильных труб, соединяемых бурильными замками, муфтами и переводниками. Ведущая труба соединяется с вертлюгом и посредством зажимов взаимодействует с ротором буровой установки. Утяжеленные бурильные трубы устанавливают в нижней части колонны, и они служат для создания осевой нагрузки на долото. При бурении в осложненных условиях, кроме утяжеленных труб, в нижней части колонны устанавливают калибраторы, центраторы, стабилизаторы и другие устройства, предупреждающие искривление скважины. Между ведущей и утяжеленными трубами находятся бурильные трубы, составляющие большую часть бурильной колонны. Для сокращения операций свинчивания и развинчивания, вызывающих износ резьбовых соединений, бурильная колонна делится на свечи, состоящие из нескольких труб. Длина свечи ограничивается ее продольной устойчивостью при осевом сжатии под действием собственного веса и высотой вышки.

Уменьшение массы бурильной колонны за счет применения высокопрочных, а также легкосплавных бурильных труб способствует благоприятному нагружению подъемной части буровой установки. Жесткость бурильной колонны должна быть достаточной для предотвращения ее продольного изгиба под действием осевого сжатия, вращения и крутящего момента. Производство высокопрочных и легких бурильных труб — важная предпосылка повышения эффективности бурения и технико-экономических показателей буровых установок.

ВЕДУЩИЕ ТРУБЫ

Ведущие трубы имеют квадратный, шестигранный либо крестообразный профиль с концентрично расположенным круглым или квадратным отверстием для прохода промывочного раствора. Благодаря граненой поверхности облегчается взаимодействие ведущей трубы и ротора и обеспечивается осевое перемещение бурильной колонны в процессе бурения скважины. На концах ведущих труб нарезается левая и правая наружные конические резьбы треугольного профиля. Левая коническая резьба используется для навинчивания верхнего переводника ПШВ, соединяющего ведущую трубу с вертлюгом. Правая коническая резьба используется для нижнего переводника ПШН, соединяющего ведущую трубу с бурильной колонной. Для обеспечения возможности наращивания бурильной колонны ведущая труба по длине должна быть больше бурильной трубы.

Ведущие трубы изготовляют из стали групп прочности Д и К, переводники — из стали марки 40ХН (ГОСТ 4543—71) либо из стали марки 45 (ГОСТ 1050—74).

БУРИЛЬНЫЕ ТРУБЫ

Бурильная труба представляет собой бесшовное изделие кольцевого сечения, полученное прокаткой. Между собой трубы соединяются посредством бурильных замков, состоящих из ниппеля и муфты, которые присоединяются к концам бурильной трубы с помощью резьбы или сварки. Свободные концы ниппеля и муфты бурильных замков снабжены крупной конической резьбой, благодаря которой сокращается продолжительность сборки и разборки бурильной колонны при спуско-подъемных операциях. Для предварительного соединения коротких труб используются соединительные муфты. Особенность бурильных труб — наличие высаженных концов. Вследствие высадки увеличивается поперечное сечение концевых участков, что позволяет ослабить влияние резьбы, являющейся источником концентрации напряжений, на усталостную прочность бурильной трубы. Бурильные трубы изготовляют по ГОСТ 631—75, в котором регламентированы их сортамент, технические требования, правила приемки, методы испытания и маркировка их. Согласно ГОСТ 631—75, бурильные трубы изготовляют четырех типов:

1—с высаженными внутрь концами и муфтами к ним

2 — с высаженными наружу концами и муфтами к ним

3 – с высаженными внутрь концами и коническими стабилизирующими поясками

4 —с высаженными наружу концами и коническими стабилизирующими поясками

Трубы 3-го и 4-го типов обладают повышенной прочностью и герметичностью, которую обеспечивают внутренние упорные торцы, конический стабилизирующий уплотнительный поясок и гладкий участок трубы за резьбой, воспринимающие знакопеременные изгибающие нагрузки.

Бурильные трубы условным диаметром от 60 до 102 мм изготовляют длиной 6; 8 и 11,5 м, условным диаметром от 114 до 168 мм — длиной 11,5 м. Условное обозначение бурильных труб включает вид высадки (В — тип 1 и Н — тип 2); точность изготовления (П — повышенная точность изготовления); букву К — для труб типов 3 и 4; условный диаметр трубы; толщину стенки; группу прочности; обозначение стандарта. Например, бурильная труба 1-го типа повышенной точности изготовления, условным диаметром 114 мм, с толщиной стенки 9 мм, из стали группы прочности Д: труба ВП-114Х9-Д ГОСТ 631—75.

Для бурильных труб с высаженными концами изготовляют замки трех, отличающиеся гидравлическими и прочностными характеристиками:

ЗН — замок с нормальным проходным отверстием;

ЗШ — замок с широким проходным отверстием;

ЗУ — замок с увеличенным проходным отверстием.

ЛБТ применяется в структурном , разведочном, эксплуатационном бурении и КРС. Выпускаются ЛБТ трех видов: сборочная конструкция (гладкие и с протекторным утолщением); беззамковая конструкция; с увеличенной толщиной стенки. Для изготовления легкосплавных бурильных труб применяется дюралюминий — сплав алюминия с медью (3,8—4,9%), магнием (1,2—1,8%) и марганцем (0,3—0,9%).

Утяжеленные бурильные трубы по ТУ 14-3-164—73 изготовляют двух типов: гладкие по всей длине и с конусной проточкой, облегчающей захват и удержание трубы. Достаточная толщина стенок позволяет нарезать на концах трубы крупную коническую резьбу по подобию соединительной резьбы бурильных замков. Наддолотные УБТ в отличие от других имеют на обоих концах внутреннюю резьбу

В бурении широко применяются сбалансированные утяжеленные бурильные трубы УБТС, отверстие и наружную поверхность которых механически обрабатывают, что обеспечивает прямолинейность отверстия и совпадение его оси с осью бурильной трубы. Благодаря этому снижается биение при вращении, а следовательно, уменьшается уровень динамических нагрузок и повышается запас прочности труб. Утяжеленные бурильные трубы УБТС изготовляют по ТУ 39-076—74. Для изготовления утяжеленных бурильных труб типа УБТС по ТУ 39-076—74 используются стали марки 40ХН2МА и 38ХНЗМФА. Бурильные замки изготовляют из стали марки 40ХН, а соединительные концы для труб типа ТБПВ — из стали марки 45 либо 36Г2С.

Применяются стали по группе прочности: Д, К, Е, Л, М, Р, Т. Для изготовления трубных изделий используются стали марок 45; 36 Г2С; 40Х; 40ХН; 40ХНМ; 20ХГ2Б.

РАСЧЕТ БУРИЛЬНЫХ КОЛОНН

Расчетные нагрузки зависят от конструкции бурильной колонны, способов и режимов бурения, поэтому они определяются после предварительного выбора режима бурения и типоразмеров утяжеленных и бурильных труб.

Напряжения от собственного веса в сечении трубы, отстоящем на расстоянии х; от нижнего конца бурильной колонны:

= GX/F = KFx/F = Kx 

где Gxвес бурильной колонны длиной х; Fплощадь кольцевого сечения гладкой части бурильной трубы; х — длина колонны бурильных труб;  — удельный вес материала труб; К — коэффициент, учитывающий вес бурильных замков и утолщенных концов трубы.

На статическую прочность бурильную колонну рассчитывают, исходя из условия

= G/F  T/S =

где —напряжение растяжения; G — расчетная нагрузка; Fплощадь поперечного сечения гладкой части бурильной трубы; T — предел текучести материала; [S] —допускаемый запас прочности на растяжение.

Расчетная нагрузка определяется по формуле

G = [(l-l0)q+l0 q0+GЗД](1-Ж /)+(рn0)FП,

где l,l0 – длина бурильной колонны и УБТ, м;  q и  q0 – вес 1 м бурильной трубы и УБТ, Н; GЗД – вес забойного двигателя, Н; Ж  и  - плотность промывочной жидкости и материала труб, кг/м3; рn  и р0 – перепад давления соответственно в забойном двигателе и долоте, Па; FП – площадь проходного канала трубы, м2.

Растягивающее напряжение от собственного веса бурильной колонны без учета потери веса в промывочной жидкости

= [(l-l0)q+l0 q]/ F,

Касательные напряжения определяются по формуле

= МК/WК,

где МК – крутящий момент; WК – полярный момент сопротивления гладкой части трубы.

Крутящий момент принято определять по мощности, необходимо для вращения бурильной колонны и долота и разрушения забоя скважины

МК=(NX+NД)/,

NX;NД – мощности на холостое вращение бурильной колонны и на вращение долота и разрушение горной породы;

– угловая скорость долота.