Диссертация (1173027), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Наиболее часты в цикле строительства скважинследующие виды аварий:1. аварии с элементами БИ,2. авария из-за прихвата бурильных и обсадных колонн,3. аварии с долотами,4. аварии с обсадными колоннами и элементами их оснастки,5. аварии из-за неудачного цементирования,6. аварии с забойными двигателями,7. падение в скважину посторонних предметов,8. прочие аварии.1.1. Аварии с элементами бурильного инструментаИз-за сломов по телу или в ЗРС или по сварному шву элементов БИ вскважинах остаются ведущие, бурильные и утяжеленные бурильные трубы (УБТ),переводники, муфты, замки, центраторы, амортизаторы, калибраторы. Оставлениеили падение в скважину названных выше элементов происходит также вследствиесрыва по замковому резьбовому соединению БИ, из-за развинчивания по резьбеили ввиду поломок спускоподъемного оборудования или инструмента, обрываталевого каната, при подъеме на одном штропе и т.д.
[1, 70, 71].Многочисленными теоретическими исследованиями и практикой доказано,что аварии вследствие слома элементов БИ вызваны в основном усталостьюметалла [2, 4, 6, 28, 30, 64]. Явления усталости возникают главным образом поддействием основных переменных нагрузок: изгиба, колебаний БИ, крутильныхударов [62, 79, 80, 81, 82]. Усталость металла ускоряют следующие факторы:121)дефекты материала БИ ─ расслоение и структурная неоднородностьметалла, незаметные (на глаз) инородные включения в металле и конструктивныедефекты, т.е. резкие переходы в сечении, острые надрезы, царапины и т.д.;2)малые радиусы закругления восьминиточных резьб (трубных);3)применениебезупорногосоединениятрубысзамкомилисоединительной муфтой;4)неблагоприятные геологические и технологические условия бурения инарушения запроектированных режимов бурения.К неблагоприятным геолого-технологическим условия бурения, ускоряющимусталость металла, относятся:− частое переслаивание пород, различных по крепости, крутые углыпадения пластов;− работа БИ в средах с агрессивными химическими добавками (соли,кислоты, щелочи), способствующими возникновению коррозии;− работа БИ в скважинах, имеющих по стволу большие каверны, особеннопри роторном бурении;− несоответствие размера долота диаметру БТ;− несоответствие типа долота крепости разбуриваемых пород;− возникновение резонанса при совпадении частоты колебаний БИ отпульсации давления на выкидной линии насоса с частотой собственныхколебаний БИ;− эксплуатация БИ в состоянии чрезмерного сжатия, т.е.
при бурении безУБТ или с УБТ незначительной длины, тогда как вес УБТ должен превышатьнагрузку на долото на 25 %;− установка над УБТ труб группы прочности Е, К, а также ЛБТ[15, 86];− применение труб несоответствующего класса для бурения на даннойглубине;− вмятины на трубах от инородных тел (шарошек, долот, крепких пород ит.д.);13− эксцентричность вышки, ротора по отношению к скважине.Перечисленные факторы способствуют возникновению аварий, вызванных:− в ведущих трубах сломом по телу и срывом трубной резьбы;− в БТ сломами и по телу на участках с номинальной толщиной стенки, вконцевых утолщениях и зоне сварного шва и трубной резьбы, срывом резьбы,соединяющей трубу с бурильным замком;− в бурильных замках сломами по телу на участках, заключенных междурезьбовыми концами и в зоне замковой резьбы ниппеля или муфты, срывом позамковой резьбе;− в УБТ и переводниках сломами по телу в зоне ЗРС и срывом по замковойрезьбе;− в соединительных муфтах сломом по телу.Кроме этого, встречаются аварии, вызванные развинчиванием резьб в ЗРС,УБТ, переводников и ведущих труб [43, 44].Слом по телу характерен для всех видов труб (ведущих, бурильных иутяжеленных) и элементов (бурильных замков, переводников и соединительныхмуфт), соединяющих их в БИ.
БТ с приваренными соединительными концами вовремя эксплуатации ломаются по сварному шву и телу [5, 26].Распространенная причина аварий с трубами по сварному шву и телу −промывы в местах наличия дефектов (посторонние включения в металле,расслоения, раковины и т.д.). Аварии с трубами в виде сломов их по сварнымшвам могут быть вызваны также недоброкачественным изготовлением труб, т.е.отсутствием соосности трубы и привариваемого полузамка, низкой ударнойвязкостью сварного шва по сравнению с ударной вязкостью металла трубы, чтообъясняется образованием (в большинстве случаев в сварном соединении)окисных пленок, трудностью получения высококачественной термическойобработки сварного шва, недостаточной площадью сварного шва по сравнению сплощадью сечения труб.
Основная причина многих аварий со сломом труб посварным швам и телу − использование труб не по назначению, например, бурение14с применением труб III класса в интервалах, где по расчетам следуетустанавливать трубы I и II классов или бурение роторным способом с трубамитипа ТБПВ. Если крутящие моменты очень велики, то возможно разрушение трубпо спирали и в поперечном направлении [8, 9, 10, 11].Наиболее часто аварии происходят из-за слома ЗРС в бурильных замках, УБТи переводниках. Основные причины разрушения ЗРС − их размыв и износ послемногократного свинчивания и развинчивания.
При работе на забое БИподвергаются различным знакопеременным напряжениям, отчего одна часть ЗРСБИ перемещается по другой. Нагрузки, передаваемые на резьбу, зависят отстепени жесткости и плотности свинчивания. Недокрепление соединенияспособствует интенсивному перемещению плоскостей резьбы относительно другдруга, что ускоряет износ резьбы [12, 13, 54].На износ резьбы влияют также качество и давление промывочной жидкости вмомент прокачки.
Чем больше давление в жидкости и чем больше в нейабразивных инородных тел, тем скорее изнашивается резьба. В результатеразмыва плоскость соприкосновения витков резьбы уменьшается, увеличиваютсясилы,действующиенаослабленнуюрезьбу,ионаразрушается.Неотцентрированный фонарь вышки, недоброкачественная смазка труб так жеспособствуют ускорению износа резьб при свинчивании [72, 73, 74].Большое число аварий с УБТ происходит также вследствие разрушения ЗРС,поскольку они работают в более тяжелых условиях, чем ЗРС БТ. К тому же ЗРС вУБТ менее прочны, чем в замках, переводниках и долотах [75, 76, 77].Аварии в результате заедания или расслабления прочности резьбы приразмыве возникают реже, так как места размыва на внешней части теласоединяемых элементов можно легко обнаружить.ЗРС БИ разрушаются вследствие заедания трубной резьбы под действием нанее увеличенных нагрузки и температуры, возникающих на поверхности резьбы впроцессе свинчивания и работы ЗРС в скважине.15Разрушения ЗРС также могут быть вызваны несоответствием размеровэлементов резьбы (особенно по конусности), поскольку значительные отклоненияразмеров приводят к неравномерному распределению нагрузки по ее виткам и,следовательно, к интенсивному износу.1.2.
Предельные нагрузки на элементы бурильного инструментаНепредвиденная потеря подвижности колонны бурильных труб вследствиеприлипания под действием перепада давления; заклинивания в желобах, в местахсужений или посторонних предметов; в результате обвала, осыпания горныхпород со стенок скважин или оседания шлама за счет нарушения режимапромывки, а также из-за образования сальника на БИ определяется как прихват[25, 31] Прихват БИ является самым многочисленным и тяжелым видом аварий. Сростом глубины скважин и давлений как гидростатического, так и пластового вовскрываемых горизонтах увеличивается потенциальная опасность аварий прибурении скважин.
Прихваты БИ подразделяют на следующие виды:1. Прилипание БИ к стенке скважиныЭтот вид прихвата происходит под действием перепада давления, когдаизбыточное давление прижимает БИ к стенке ствола скважины. При наличии настенке толстой и рыхлой глинистой корки трубы вдавливаются в нее. Трубыприлипают в интервале залегания проницаемых пород и тогда, когдавозникающие в стволе скважины силы трения превышают действующие на БИнормальные силы и тем самым исключают перемещение БИ в любую сторону.2. Заклинивание БИЭти прихваты преобладают особенно в суженной части ствола, в зонахжелобных выработок, а также при заклинивании посторонними предметами ишламом.Надустьемскважиныработаютразнообразнымиинструментамиимеханизмами работники разной квалификации и в разных климатических16условиях, при разном ритме и темпе работ. Буровые работы ведутся круглыесутки.
Специфические условия работ не исключают возникновения ошибок,которые приводят к падению инструмента, частей механизмов и приборов черезустье в скважину.Падение в скважину вкладышей ротора, роторных клиньев, параллелей ивкладышей ключей, челюстей ключей автоматического ключа бурильного (АКБ),кувалд, ключей, ручных инструментов, приспособлений и их частей, и другихпредметов, с помощью которых велись работы на устье скважины или над ним сбольшой вероятностью приводит к заклиниванию БИ. Данный вид сломазачастую происходит с БИ в процессе бурения или СПО.Например, принаращивании очередной свечи БИ при помощи АКБ срезает «сухарь» которыйотделяется от «челюсти» и падает в скважину.
Сухари ключей УМК, АКБ, ПКР,челюсти и упоры АКБ, а также различные посторонние предметы падают на забойскважины или застревают в стенках скважины (каверне, желобной выработке) истановятся причиной заклинки БИ. Повреждения из-за посторонних предметовмогут привести к появлению концентрации напряжений и в итоге, слому из-заусталостного износа.3. Прихват БИ обвалившимися неустойчивыми породамиСтвол скважины теряет устойчивость из-за знакопеременного напряженногосостояния пород, которое зависит от геологических факторов и технологиибурения скважины.
Проводка ствола скважины в массиве горных породсущественно нарушает поле напряжений в ее окрестностях и концентрациюнапряжений на ее стенках. При углублении скважины её ствол заполняетсяпромывочной жидкостью, плотность которой значительно ниже плотностигорных пород. Присутствие на контакте с горной породой инородной среды(промывочной жидкости) вызывает следующие физико-химические процессы награнице раздела сред [5, 96]:−поверхностную гидратацию;−осмотические явления (односторонний переток);17−растворение горной породы;−набухание горной породы;−капиллярный переток.В некоторых видах горных пород эти процессы и явления при определенныхусловиях могут воздействовать на их агрегатное состояние, силы внутреннегосцепления и в итоге существенно изменяют свойства горных пород вокрестностях ствола скважины по сравнению с первоначальными в естественномзалегании.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
