Бурильная колонна и ее элементы реферат

Обновлено: 02.07.2024

Бурильная колонна (за исключением появившихся в последнее время непрерывных труб) составляется из бурильных труб с помощью резьбового соединения. Соединение труб между собой обычно осуществляется с помощью специальных соединительных элементов – бурильных замков, хотя могут использоваться и беззамковые бурильные трубы. При подъеме бурильной колонны (с целью замены изношенного долота или при выполнении других технологических операций) бурильная колонна каждый раз разбирается на более короткие звенья с установкой последних внутри вышки на специальной площадке – подсвечнике или (в редких случаях) на стеллажах вне буровой вышки, а при спуске она вновь собирается в длинную колонну.

Собирать и разбирать бурильную колонну с разборкой ее на отдельные (одиночные) трубы было бы неудобно и нерационально. Поэтому отдельные трубы предварительно (при наращивании инструмента) собираются в так называемые бурильные свечи, которые в дальнейшем (пока бурение ведется данной бурильной колонной) не разбираются.

Свеча длинной 24-26 м (при глубине бурения 5000 м и более могут использоваться бурильные свечи длиной 36-38 м с буровой вышкой высотой 53-64 м) составляется из двух, трех или четырех труб при использовании труб длиной соответственно 12, 8 и м . В последнем случае в целях удобства две 6-метровые трубы предварительно соединяются с помощью соединительной муфты в двухтрубку (колено), которая в дальнейшем не разбирается.

В составе бурильной колонны непосредственно над долотом или над забойным двигателем всегда предусматриваются утяжеленные бурильные трубы (УБТ), которые, имея кратно большие, по сравнению с обычными бурильными трубами, массу и жесткость, позволяют создавать необходимую нагрузку на долото и обеспечивают достаточную жесткость низа инструмента во избежание его продольного изгиба и неуправляемого искривления ствола скважины. УБТ используются также для регулирования колебаний низа бурильной колонны в сочетании с другими ее элементами.

В состав бурильной колонны обычно включают центраторы, калибраторы, стабилизаторы, фильтры, часто – металлошламоуловители, обратные клапаны, иногда – специальные механизмы и устройства, такие как расширители, маховики, забойные механизмы подачи, волноводы, резонаторы, амортизаторы продольных и крутильных колебаний, протекторные кольца, имеющие соответствующее назначение.

Для управляемого искривления ствола скважины в заданном направлении или же, напротив, для выправления уже искривленного ствола в состав бурильной колонной включают отклонители, а для сохранения прямолинейного направления ствола скважины используют специальные, нередко довольно сложные, компоновки нижней части бурильной колонны.

3. Назначение буровых растворов . Технологические требования и ограничения к свойствам буровых растворов

3.1 Функции бурового раствора

Растворы выполняют функции от которых зависит не только результат и скорость бурения, но и ввод скважины в эксплуатацию с максимальной продуктивностью. Успешное выполнение этих функций - обеспечивает быстрое углубление , сохранение в устойчивом состоянии ствола скважины и коллекторских свойств продуктивности данного пласта. Все эти функции зависят от взаимодействия раствора с проходимыми породами и характером взаимодействия природой и составом дисперсионной среды. По составу данной среды растворы подразделяются на три типа: растворы на водной основе; растворы на нефтяной основе и газообразные агенты. Состав бурового раствора подбирается в соответствии с типом грунта, диаметром трубопровода, протяженностью скважины и другими факторами.

3.2 Требования к буровым растворам

Буровые растворы по применению можно расположить в следующий ряд: аэрированная вода, буровой раствор на водной основе, буровой раствор на углеводородной основе. Однако раствор подбирают с учетом предупреждения осложнений и аварий в процессе бурения. Одними из основных требований к буровым растворам всех типов, а прежде всего к растворам на водной основе, с помощью которых буриться основной объем скважин.

Для обеспечение большего результата ожидаемого от бурового раствора, предъявляют следующие требования:

· Жидкая основа должна быть маловязкой и иметь наибольшее поверхностное натяжение на границе с горными породами.

· Концентрация глинистых частиц в твердой фазе раствора должна быть как можно меньше, а средневзвешенное по объему значение плотности твердой фазы как можно больше.

· Раствор должен быть недиспергирующимся под влиянием изменяющихся термодинамических условий в скважинах и иметь стабильные показатели.

· Буровой раствор должен быть химически нейтрален по отношению к разбуриваемым породам, не вызывать их диспергирование и набухание

· Растворы не должны быть многокомпонентными системами, а используемые для регулирования их свойств химические реагенты, наполнители добавки должны обеспечивать направленное изменение каждого технологического показателя при неизменных других показателях.

Успешное выполнение этих требований зависит во многом от геолого-технических условий бурения. В каждом конкретном случаи нужна выбирать тот или иной раствор с учетом технических параметров буровой установки, оперативности снабжения ее материалами, квалификация работников, географическое местоположение скважины.

Основное назначение бурильной колонны обеспечить гидравлическую и механическую связь работающего на забое долота и ствола скважины с поверхностным механическим и гидравлическим оборудованием. Одновременно бурильная колонна служит инструментом для доставки на глубину буровых и колонковых долот, различных исследовательских приборов и устройств, снарядов и аварийно-ликвидационных приспособлений.

Две главные функции выполняет бурильная колонна в процессе проходки ствола:

вращает долото и одновременно передает на него осевую нагрузку;

создает замкнутую циркуляцию агента через забой скважины, обеспечивая очистку ствола от выбуренной породы и привод погружных гидравлических двигателей.

Бурильная колонна включает следующие основные элементы сверху вниз: рабочую (ведущую) трубу (рис. 2.6), бурильные трубы, утяжеленные бурильные трубы (УБТ) (рис. 2.7).

Рабочая труба, обычно квадратного сечения, служит для передачи вращения от ротора к бурильной колонне. Она фиксируется в отверстии ротора квадратными клиньями, вкладышами, в связи с чем вращается совместно со столом ротора и одновременно может перемещаться в осевом направлении по мере углубления забоя скважины.

Соединяется рабочая труба при помощи нижнего переводника с верхней трубой бурильной колонны, а при помощи верхнего переводника - с вращающимся стволом вертлюга - устройством, связывающим нагнетательную линию бурового насоса, подающего промывочный агент, с вращающейся бурильной колонной.

Заводами выпускаются ведущие трубы со сторонами квадратного сечения 112, 140 и 155 мм, с диаметром внутреннего канала соответственно 74, 85 и 100 мм. Длина ведущей трубы 13-14 м, материал - сталь группы прочности Д и марки 36Г2С.

Бурильная колонна может компоноваться из труб следующих конструкций:

с высаженными внутрь концами (рис. 2.8, а);

с высаженными наружу концами (рис. 2.8, б);

с приваренными соединительными концами (рис. 2.9);

Рис. 2.6. Рабочая ведущая бурильная труба:

1 - верхний переводник; 2 - рабочая ведущая труба; 3 - нижний переводник

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

с блокирующим пояском;

Трубы первых двух конструкций имеют наружную мелкую трубную резьбу и соединяются между собой при помощи бурильных замков или муфт (рис. 2.10). Трубы второй конструкции имеют по сравнению с трубами первой конструкции улучшенную гидравлическую характеристику, так как в них равнопроходной канал и, следовательно, минимальны местные гидравлические сопротивления потоку промывочного агента.

Бурильные трубы с приваренными соединительными концами имеют равнопроходной канал и соединяются друг с другом при помощи крупной замковой резьбы.

В бурильных трубах с блокирующим пояском вблизи резьбы по телу имеется проточка, на которую в горячем состоянии наворачивается часть замка с внутренней проточкой, в результате чего, после остывания, создается герметичный напряженный контакт между замком и трубой.

Промышленность выпускает бурильные трубы диаметром от 60 до 168 мм длиной 6; 8; 11,5-12,0 м из стали групп прочности C, Д, E, K, L, M.

Бурильные трубы многократно соединяются в бурильную колонну по мере проводки ствола скважины, так как необходимо периодически заменять износившееся долото на новое и выполнять другие работы в скважине, требующие спускоподъемных операций с бурильной колонной. Крупная замковая резьба со значительной конусностью позволяет быстро за несколько оборотов свинчивать и развинчивать трубы, при этом герметичность обеспечивается напряженным контактом торцевых поверхностей замков.

Для соединения бурильных труб используют замки трех типов: ЗШ с диаметром канала, близкого к диаметру канала бурильных труб с высаженными внутрь концами;

ЗН с диаметром канала существенно меньшим диаметра канала труб; ЗУ с увеличенным диаметром канала.

Замки первых двух типов используют для бурильных труб с высаженными внутрь концами, а замки последнего типа - для труб с высаженными наружу концами. Замки типа ЗУ предпочтительны для турбинного бурения, так как не создают значительных местных гидравлических сопротивлений потоку промывочного агента.

Рис. 2.7. Утяжеленные бурильные трубы:

а — с одинаковым диаметром; б — с проточным телом; 1 — тело трубы; 2 — замковая резьба

Рис. 2.8. Бурильные трубы:

а - с высаженными внутрь концами; б - с высаженными наружу концами; 1

труба; 2 - муфта

Рис. 2.9. Бурильная труба с приваренными соединительными концами

Рис. 2.10. Соединение бурильных труб с высаженными концами:

а - при помощи замков; б - при помощи муфт

Для проводки стволов нефтегазовых скважин чаще всего используют бурильные трубы диаметром 114, 121, 146 и 168 мм. Их соединяют по две-три штуки в свечи, которые устанавливают вертикально внутри вышки на специальный подсвечник и тем самым значительно ускоряют и облегчают спускоподъемные операции.

При больших глубинах скважин нагрузки на вышку и талевую систему буровой установки во время спускоподъемных операций могут достигать недопустимых значений за счет силы тяжести бурильной колонны. В связи с этим вместо стальных труб в ряде случает используют бурильные трубы из прочных алюминиевых сплавов, которые позволяют, при прочих равных условиях, снизить эти нагрузки по меньшей мере в 2 раза. Промышленность выпускает легкосплавные бурильные трубы с высаженными внутрь концами диаметром от 73 до 147 мм. На концах легкосплавных труб нарезана трубная резьба, а их соединение в виде бурильной колонны осуществляют навинчиваемыми на них стальными замками.

Важным элементом бурильной колонны являются утяжеленные бурильные трубы, одна из главных функций которых - создавать осевую нагрузку на долото, не допуская изгиба бурильной колонны. УБТ устанавливают непосредственно над долотом или погруженным двигателем. Трубы массивные за счет большой толщины стальной стенки (толщина стенок УБТ в несколько раз больше толщины стенок обычных бурильных труб).

Необходимым элементом в состав бурильной колонны входят различные переводники, предназначенные для соединения ведущей трубы с вертлюгом и бурильными трубами, бурильных труб с УБТ, УБТ с турбобуром или долотом.

Кроме того, бурильная колонна может оснащаться центраторами для предотвращения изгиба бурильной колонны и одностороннего примыкания ее к стенке ствола скважины, расширителями - долотами для увеличения диаметра ствола, кривыми переводниками и соапстоками для искривления ствола скважины в заданном направлении.

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

Состав бурильной колонны

2- переводник вертлюга

3- верхний переводник бурильной трубы

4- ведущая труба

5- нижний переводник ведущей трубы

6- предохранительные переводник

7- муфта бурильного замка

11, 14- переводники

12, 13- утяжеленные бурильные трубы

Бурильная колонна состоит из:

Ø ведущей трубы;

Ø бурильных труб;

Ø утяжеленных бурильных труб;

Ø вспомогательных элементов.

Бурильная колонна предназначена для:

n передачи вращения от ротора к долоту;

n восприятия реактивного момента забойного двигателя;

n подвода промывочной жидкости к долоту и забою скважины, а также к ГЗД;

n создания осевой нагрузки на долото;

n спуска и подъема долота и забойного двигателя;

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

КАКИЕ ФУНКЦИИ ВЫПОЛНЯЕТ БК В ПРОЦЕССЕ УГЛУБЛЕНИЯ СТВОЛА СКВАЖИНЫ

• передает мощность от поверхностного привода к долоту и сообщает ему вращательное движение, создает нагрузку на долото;

• служит каналом подачи циркуляционного агента к забою;

• воспринимает реактивный момент при работе забойного двигателя;

• обеспечивает проведение скважинных исследований (например, исследование пластов)

Легкосплавные бурильные трубы

Применяются в разведочном, эксплуатационном бурении и при капитальном ремонте скважин

Выполняются с высаженными внутрь концами и соединяются облегченнымит замками

Используются при бурении с забойным двигателем, при температуре не более 150 С

Применяются в разведочном, эксплуатационном бурении и при капитальном ремонте скважин
Выполняются с высаженными внутрь концами и соединяются облегченнымит замками
Используются при бурении с забойным двигателем, при температуре не более 150 С

утяжеленные бурильные трубы

• повышения жесткости бурильной колонны в сжатой ее части;

• увеличения веса компоновки, создающей нагрузку на долото.

Выбор длины УБТ

Вес УБТ должен на 25% превышать нагрузку на долото РУБТ = 1,25 Рд
(на 17,5% с учетом выталкивающей силы промывочной жидкости).

lУБТ = 1,175 Рд/[qУБТ (1- rж/rст) g],

где lУБТ – длина УБТ, м; Рд – нагрузка на долото, Н; qУБТ - масса 1 м УБТ, кг; rж – плотность промывочной жидкости, кг/м3; rст - плотность материала УБТ, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Предназначен для предохранения бурильных труб и соединительных замков от поверхностного износа, а также обсадной колонны от протирания при перемещении в ней бурильных труб. Наружный диаметр протектора превышает диаметр замка.

Опорно-центрирующий элемент в составе КНБК, служащий промежуточной опорой БК о стенки скважины. Обеспечивает уменьшение прогиба КНБК. Выполняются с прямыми ребрами (длина опорной поверхности центратора примерно 0,5 м) и со спиральными ребрами.

Передвижные центраторы предназначены для управления зенитным углом скважины со стабилизацией азимута.

Породоразрушающий инструмент для обработки стенок скважины и сохранения номинального диаметра ствола скважины в случае износа долота. Калибратор размещают непосредственно над долотом. Он одновременно выполняет роль центратора и улучшает условия работы долота. По вооружению калибраторы подразделяются на шарошечные, лопастные (твердосплавные) и алмазные

ОСНОВНЫЕ НАГРУЗКИ НА БУРИЛЬНУЮ КОЛОННУ

• Осевая нагрузка растяжения от собственного веса БК, подвешенной в скважине, и перепада давления в долоте.

• Продольное усилие сжатия в нижней части БК, раз-груженной на забой.

• Осевые динамические (инерционные) нагрузки, возникающие при проведении СПО.

• Дополнительные осевые нагрузки, необходимые для преодоления местных сопротивлений и сил трения при подъеме БК и при освобождении ее от прихвата.

Роторное бурение, ВСП

• Дополнительные переменные изгибающие нагрузки, возникающие при вращении БК

• Крутящий момент, необходимый для вращения БК в скважине и подвода мощности к долоту

• Изгибающий знакопеременный момент при вращении БК в искривленном стволе скважины

Бурение с забойным

• Дополнительная осевая нагрузка растяжения в подвешенной колонне от перепада давления в турбобуре

• Реактивный момент, воспринимаемый БК при работе забойного двигателя

• Статический изгибающий момент при размещении БК в искривленном стволе скважины

ТРЕБОВАНИЯ К БК

Бурильная колонна должна:

1) быть прочной во всех ее частях, по возможности легкой и в тоже время обеспечивать создание достаточных осевых нагрузок на долото;

2) не допускать самопроизвольного искривления или отклонения ствола скважины от заданного направления;

3) быть герметичной и обеспечивать циркуляцию БПЖ с минимальными гидравлическими потерями

4) обеспечивать быстрое свинчивание- развинчивание и надежное крепление труб и других элементов колонны между собой. Резьбовые соединения должны обеспечивать взаимозаменяемость, иметь прочность, не уступающую прочности тела трубы, противостоять действию ударных и постоянно меняющихся по величине знакопеременных нагрузок.

Одноразмерной (одноступенчатой) называется БК, составленная из труб одного наружного (номинального) диаметра, многоразмерной (многоступенчатой) - из труб двух (двухразмерная) и более номинальных диаметров.

Участок БК, составленный из труб одного наружного диаметра называется ступенью.

Участок БК, составленный из труб одного наружного диаметра, с одинаковыми толщиной стенки, конструкцией резьбового соединения и группой прочности металла называется секцией.

ЗАДАЧИ ПРЕКТИРОВАНИЯ БК

а) выбор диаметральных размеров и конструкции (типов) ее элементов;

б) определение необходимого числа ступеней и длины секций на основе принципа условной равнопрочности всех участков и элементов бурильной колонны по отношению к основным действующим нагрузкам;

в) проверка на прочность в клиновом захвате верхней трубы каждой секции при спуске колонны;

г) проверка на прочность бурильных труб, расположенных у устья скважины, при действии внутреннего избыточного давления, а нижней трубы при действии избыточного наружного давления циркуляционного агента;

д) проверка на выносливость бурильных труб, находящихся под действием переменных напряжений изгиба и постоянных напряжений растяжения;

е) определение необходимых крутящих моментов свинчивания резьбовых соединений бурильной колонны.

ВЫБОР ДИАМЕТРОВ ТРУБ И ОБОСНОВАНИЕ КНБК

Диаметр бурильных труб и УБТ выбирают на основе рекомендуемых соотношений размеров долот, бурильных труб, УБТ и забойного двигателя с учетом диаметра обсадной колонны, под которую ведется бурение. Жесткость наддолотного комплекта УБТ должна быть не ниже жесткости обсадной колонны, которую затем предстоит спустить в данный интервал

Чтобы избежать опасной концентрации напряжений в месте соединения БТ с УБТ, отношение наружных диаметров бурильных труб и УБТ принимают не менее 0,75.

При меньшей величине соотношения над КНБК включают одну или несколько секций УБТ меньшего диаметра.

Диаметр УБТ нижней секции не должен превышать диаметра забойного двигателя.

КОСТРУКЦИЯ СПУСКО-ПОДЪЕМНОГО КОМПЛЕКСА БУРОВОЙ УСТАНОВК ИХ ВИДЫ

По конструктивному исполнению буровые установки классифицируют на:

• стационарные и мобильные;
• морские;
• для бурения с использованием гибких труб (колтюбинговые).

По назначению все БУ для бурения на нефть и газ разделены на два параметрических ряда:

1-й ряд – БУ для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения.

2-й ряд – БУ для картировочного, структурно-поискового и геологоразведочного бурения на нефть и газ;

буровой вышки, а при спуске она вновь собирается в длинную колонну.

Собирать и разбирать бурильную колонну с разборкой ее на отдельные

(одиночные) трубы было бы неудобно и нерационально. Поэтому

отдельные трубы предварительно ( при наращивании инструмента)

собираются в так называемые бурильные свечи, которые в дальнейшем

(пока бурение ведется данной бурильной колонной) не разбираются.

Свеча длинной 24-26 м (при глубине бурения 5000 м и более м огут

использоваться бурильные свечи длиной 36-38 м с буровой вышкой

высотой 53-64 м) составляется из двух, трех или четырех труб при

использовании труб длиной соответственно 12, 8 и 6 м . В последнем

случае в целях удобства две 6-метровые трубы предварительно

соединяются с помощью соединительной муфты в двухтрубку (колено),

В составе бурильной колонны непосредственно над долотом или над

забойным двигателем всегда предусматриваются утяжеленные

бурильные трубы (УБТ), которые, имея кратно большие, по сравнению

с обычными бурильными трубами, массу и жесткость, позволяют

создавать необходимую нагрузку на долото и обеспечивают

достаточную жесткость низа инструмента во избежание его

продольного изгиба и неуправляемого искривления ствола скваж ины.

УБТ используются также для регулирования колебаний низа бурильной

В состав бурильной колонны обычно включают центраторы, калибраторы,

стабилизаторы, фильтры, часто – м еталлошламоуловители, обратные

клапаны, иногда – специальные механизмы и устройства, такие как

расширители, маховики, забойные механизмы подачи, волноводы,

резонаторы, а мортизаторы продольных и крутильных колебаний,

протекторные кольца, имеющие соответствующее назначение.

Для управляемого искривления ствола скважины в заданном направлении

или же, напротив, для выправления уже искривленного ствола в состав

бурильной колонной включают отклонители, а для сохранения

прямолинейного направления ствола скважины используют

специальные, нередко довольно сложные, компоновки нижней части

Рис 1. Принципиальная схема компоновки бурильной колонны для бурения с

1 – ствол вертлюга; 2,7 – левая и правая трубные резьбы; 3 – переводник вертлюга; 4,9 –

левая и правая замковые резьбы; 5 – верхний и нижний штанговые переводники; 6 –

ведущая труба; 10 – пред охранительный переводник; 11 – замковая резь ба; 12 –

замковая муфта; 13 – трубная резьба; 14 – бурильная труба (6 м ); 15 –

соединительная муфта; 16 – переходной переводник; 17 – предохранительный

клапан; 18 – утяжеленные бурильные трубы;19 – ароматизатор; 20 – муфтовый

переводник; 21 – центратор; 22 – забойный двигатель; 23 – калибратор; 24 –

Читайте также: