Диссертация (1173027), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Слом БИ из-за усталостного повреждения по телуи в резьбовых соединениях становится всё более распространенным видом аварийпри бурении [6, 7, 63, 132]. Циклические воздействия механических параметров впроцессе бурения (осевая нагрузка; усилия, создающие изгибающий момент привращении колонны; изгибающие усилия в интервалах искривления стволаскважины; усилия, создающие крутящий момент, необходимый для вращениядолота; усилия реактивного момента забойного двигателя; силы трения о стенкискважины и обсадной колонны; осевые нагрузки, возникающие при затяжках ипосадках бурильной колонны; инерционные силы при спуско-подъемныхоперациях (СПО); усилия от продольных, поперечных и крутильных колебанийиз-за неуравновешенности вращающейся бурильной колонны, неустойчивостиработызабойногодвигателяинеоднородностиразбуриваемыхпород),сопровождаются с накоплением усталостного повреждения БИ в скважине припревышении предела выносливости в зонах концентрации напряжений.5На практике учет наработки бурильных труб основан на визуальномконтроле бурильщика при СПО и заполнении таблицы эксплуатации бурильныхтруб буровым мастером после добуривания скважины, что существенноповышает риски аварий.Некоторые задачи измерения и влияния остаточных напряжений наусталостную прочность не решены ввиду сложности в теоретическом ипрактическомплане.Основныепроблемывозникаютприисследованииостаточных напряжений с зонами концентрации напряжения, часто встречаемых вразличных конструкциях бурильной колонны и компоновки низа бурильнойколонны (КНБК), причём чаще всего усталостные повреждения наблюдаютсяименно по резьбе.
Непрерывный контроль состояния БИ в процессе бурения иопределение степени риска инцидентов, связанных с потерей прочностиинструментов, снижают вероятность аварии.Значительный вклад в изучение усталостной прочности ЗРС БИ в процессебурения скважин и разработку методов контроля и оценки усталостной прочностиконструкции БИ внесли российские и зарубежные ученые: Саркисов Г.М.,Щербюк Н.Д., Газанчан Ю.И., Барышников А.И., Семин В.И., Сароян А.Е., РекинС.А., Лачинян JI.A., Файн Г.М., Неймарк А.С., Оганов Г.С. и другие. Однако в ихработах не уделено достаточного внимания разработке научно-обоснованнойсистемымониторингаусталостнойпрочности(МУП)ЗРСбурильногоинструмента с помощью электронного сбора данных и их обработки в реальномвремени для оперативного принятия решения.Разработканаучно-обоснованнойсистемымониторингаусталостнойпрочности ЗРС БИ в процессе бурения приобретает особую актуальность в связи спереходом на бурение скважин сложной пространственной траектории ствола приминимизации числа долблений долотом.Целью диссертационной работы является разработка технологическихрешений по предупреждению и снижению аварий замковых резьбовых6соединений бурильного инструмента мониторингом усталостной прочности впроцессе бурения.Основные задачи исследования1.
Анализ результатов теоретических работ, посвященных контролю и оценкеусталостной прочности ЗРС, основных причин аварийности БИ в наклоннонаправленных и горизонтальных скважинах.2. Определение характеристик воздействующих нагрузок на БИ на основепараметров, измеряемых станцией геолого-технологических исследований (ГТИ)в процессе бурения и разработка программного обеспечения по моделированиюскручивающих и осевых нагрузок на ЗРС БИ.3. Совершенствование методики накопления усталостного повреждения ЗРСпри помощи линейного правила повреждения и метода «течения дождя».4. Разработка системы мониторинга усталостной прочности ЗРС БИ впроцессе бурения скважины.Методы решения поставленных задачДля решения поставленных задач применялись положения методологиинаучных исследований, включающих анализ и критическое обобщение научнолитературных источников, проведение теоретических, экспериментальных ипромысловых исследований процессов строительства скважин и обработкиполученных данных станции ГТИ и других датчиков, позволяющих исследоватьмеханическое и напряжённое состояние БИ.
В промысловых исследованиях набуровом объекте использовалось программное обеспечение цифровой станцииГТИ «Кедр-101», расчеты проводились на ПЭВМ в системе MATLAB, Python,ANSYS, SOLIDWORKS и Rhinoceros.Научная новизна работы1. Разработана система мониторинга усталостной прочности замковогорезьбового соединения бурильного инструмента на основе моделирования ЗРС,технологических данных, пространственной траектории ствола скважины и7определения напряжений в каждом ЗРС, что даёт возможность вычислить егосуммарное повреждение.2. Установлена закономерность влияния амплитуды и среднего напряженияна усталостную прочность замкового резьбового соединения бурильногоинструмента в реальном времени, возникающих от переменных осевых нагрузок,крутящих моментов и изгибающих напряжений в результате вращения БИ вискривленном стволе и при потере устойчивости.3.
Предложен показатель мониторинга усталостной прочности, позволяющийпредупредить аварии, из-за повреждения замкового резьбового соединениябурильного инструмента оценкой остаточного ресурса.4. Разработан и внедрен электронный паспорт учета работы замковыхрезьбовых соединений бурильного инструмента, позволяющий фиксироватьисторию воздействия нагрузок и соответственно определять напряжения ивыработанный ресурс каждого замкового резьбового соединения.Защищаемые научные положения1. Методические и технологические решения по мониторингу усталостнойпрочности ЗРС БИ на основе линейного правила накопления повреждений ипараметров, измеряемых станцией ГТИ, обеспечивающие повышение техникоэкономических показателей строительства скважин снижением количествааварий.2. Критерий определения остаточного ресурса до слома ЗРС (показательМУП), разработанный для принятия технологических решений буровым мастероми/или супервайзером по отбраковке БИ с учетом траектории и механическихпараметров бурения ствола скважины.3.
Разработанный электронный паспорт усталостной прочности ЗРС БИ наоснове системы МУП, отражающей нагрузки, испытываемые ЗРС, фиксируетнаработку БИ в реальном времени, исключая субъективный фактор.Достоверность и обоснованность научных выводов и рекомендацийоснована на применении верифицированного программного продукта ANSYS,8использовании статистических методов обработки информации, подтверждениитеоретических положений результатами экспериментальных исследований илично проведенных промысловых испытаний при бурении скважин сложнойпространственной архитектуры.Практическая значимость работы заключается в снижении аварийностииз-за слома ЗРС БИ благодаря использованию электронного паспорта учетаработы ЗРС БИ, описывающего в реальном времени историю воздействиянагрузок на каждый инструмент и соответственно определяющего напряжения ивыработанный ресурс как меру риска слома БИ.
Фактические данные об истинномсроке службы элементов БИ являются объективным критерием для оператора(бурильщика, бурового мастера, инженера и супервайзера) бурового объекта припринятии решения на подъем КНБК; при этом система МУП мотивирует всехподрядчиков на применение и эффективную эксплуатацию надёжного бурильногоинструмента.Апробация работыОсновные положения диссертационной работы докладывались на 68-72-оймеждународной молодежной научной конференции «Нефть и газ», РГУ нефти игаза им. И.М.
Губкина (Москва, 2014-2018); Шестой и седьмой международнойстуденческой научно-практической конференции «Нефтегазовые горизонты»(Москва, 2014-2015); 11-ой Всероссийской конференции молодых ученых,специалистов и студентов «Новые технологии в газовой промышленности», РГУнефти и газа им. И.М. Губкина − ПАО «Газпром» (Москва, 2015); Российскойнефтегазовой технической конференции SPE (2015, Москва); Третьей прикладнойконференции по передовым технологиям и импортозамещению ОАО «СлавнефтьМегионнефтегаз» (г. Мегион, ХМАО-Югра, 2018).ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, втом числе 4 статьях ведущих рецензируемых научных изданий, рекомендованных9ВАК Минобрнауки РФ, 1 статья в изданиях, входящих в базу данных SCOPUS и 1патент на изобретение.Структура и объем диссертационной работыДиссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, основных выводов ирекомендаций, списка литературы, включающего 147 наименований.
Материалдиссертации изложен на 169 страницах машинописного текста, включает 14таблиц и 53 рисунка.10ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПРИЧИНАВАРИЙНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ВНАКЛОННО-НАПРАВЛЕННЫХ И ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХДля анализа и исследования основных причин аварийности с БИ необходимоознакомиться с основными видами аварий, 2связанными с элементами БИ впроцессе бурения наклонно-направленных и горизонтальных скважинах иисследовать причины сломов элементов БИ. Под аварией следует пониматьразрушение сооружений и (или) технических устройств, применяемых на опасномпроизводственном объекте – скважине, например слом с оставлением в скважинеэлементов БИ, различных предметов и инструментов, для извлечения которыхтребуются специальные работы [84].Характерными сломами являются сломы по телу или ЗРС бурильных,утяжеленных, ведущих, обсадных и насосно-компрессорных труб, бурильныхзамков, переводников; забойных двигателей, амортизаторов, расширителей,центраторов, долот, ясов, вспомогательных и ловильных инструментов и т.д.Кроме того, в скважинах могут оставаться долота, забойные двигатели,телеметрические системы, геофизические и другие приборы и инструменты.Часто БИ неожиданно оказываются прихваченными или заклиненными в стволескважины.
Нередки газонефтеводопроявления (ГНВП), надолго останавливающиепроцесс строительства скважины. Все нарушения технологического процессастроительства скважины, для устранения которых ведутся специальные работы(ловильные работы, установка цементного моста, перебур ствола скажин),независимо от времени, затраченного на их ликвидацию, считаются аварией вбурении [89, 90, 91, 95].Нарушениянепрерывноститехнологическогопроцессастроительства(бурения и испытания) скважин, происшедшие при соблюдении требованийтехнического проекта и правил ведения буровых работ, вызванные явлениямигорно-геологического характера: поглощение, ГНВП, выбросы, осыпи, обвалы,11желобные выработки, искривления ствола, открытое фонтанирование и другие, атакже последствия стихийных бедствий — относятся к осложнениям [54].Аварии в скважинах происходят почти со всеми видами труб и колонн,инструментами, приборами и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
