Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 [ 170 ] 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

гиб, крутильный удар и колебания бурильной колонны. Основной фактор, приводящий к образованию переменных напряжений, знакопеременный изгиб, возникающий при вращении колонны (А.Е. Сароян).

Крутильный удар появляется в тех случаях, когда прекращает вращаться долото, что сопровождается скручиванием труб с последующим внезапным освобождением долота, вызывающим раскручивание колонны труб. Крутильный удар, как правило, наблюдается при работе долотом режущего типа, при быстром увеличении нагрузки на долото, а также при переходе долота из мягкой породы в крепкую, что сопровождается иногда заклиниванием долота с последующим его освобождением.

Колебания колонны в значительной степени зависят от уравновешенности элементов бурильной колонны (трубы, бурильные замки, турбобур и др.), однородности разбуриваемой породы, от пульсации промывочной жидкости, работы долота и др.

А.Е. Сароян считает, что в результате усталостного разрушения возникают и постепенно развиваются трещины. Когда трещина достигает значительного размера, сечение трубы уменьшается, что в свою очередь приведет к увеличению напряжений, а в дальнейшем и слому всего сечения, который может произойти при наличии одних лишь статических нагрузок. Типичным признаком большинства сломов являетсяя наличие в изломе двух зон: зоны усталости и зоны заключительного разрушения. Первая зона соответствует постепенному развитию трещины от усталости и характеризуетсяя относительно гладкой (мелкозернистой) поверхностью. Вторая зона имеет крупнозернистую поверхность, соответствующую разрушению металла под действием постоянных нагрузок.

Для развития явления усталости необходимы переменные напряжения выше предела выносливости.

Условиями, способствующими возникновению и развитию трещин усталости, являются различные дефекты материала (расслоения, структурная неоднородность), резкие переходы в сечении (нарезка, запилы) и т.д.

Анализ аварийности с бурильными трубами показал, что при роторном бурении 85-90 % аварий происходит с резьбовыми соединениями бурильных труб, бурильных замков и других элементов колонны. Данные (в %) по аварийности бурильных труб в роторном бурении (Д.С. Касум-заде и др.) следующие:

Слом бурильных труб в теле................................ 9,5

Слом бурильных труб в утолщенных концах.................................................................................. 46,8

Срыв бурильных труб по 8-ниточной нарезке............................................................................. 11,2

Слом бурильного замка......................................... 4,2

Срыв резьбового соединения бурильного

замка............................................................................. 9,6

Слом и срыв резьбового соединения тяжелого низа..................................................................... 10,5

Слом труб, переводников и срыв по резьбе 8,2

Как видим, аварии с трубами происходят в основном вследствие слома или срыва резьбы.

В роторном бурении наиболее часто встречается разрушение трубы в резьбовом соединении по утолщенному месту, составляющее 60-70 % от общего числа аварий. В отдельных случаях число это доходит до 90 %.

Срыв резьбы происходит в результате деформации разрушения резьбового соединения из-за износа резьбы, размыва соединения прокачиваемой промывочной жидкостью, заедания резьбы.

В турбинном бурении количество сломов доведено до минимума, и выход труб из строя происходит, как правило, по причине износа резьбовых соединений, а также размыва резьб и тела труб.

Сломы в турбинном бурении наблюдаются преимущественно в нижней части колонны и в соединениях турбобура в результате воздействия переменных нагрузок, возникающих в процессе работы турбобура.

При отсутствии тяжелого низа усталостные разрушения концентрируются в сжатой части колонны, т.е. на том участке колонны, где действуют наибольшие переменные нагрузки. Использование на практике тяжелого низа достаточной длины в сочетании с оптимальным размером долота приводит к резкому сокращению усталостных разрушений бурильных труб и их соединений.

Усталостные разрушения наблюдаются также в растянутой части колонны, работающей в обсаженном стволе скважины.

В этом случае усталостные разрушения возникают вследствие эксцентричного вращения труб в скважине, сопровождающегося ударами труб о стенки обсадной колонны; искривления ведущей трубы, приводящего к слому бурильных труб на длине до нескольких сотен метров от устья, а также к слому ствола и переводника вертлюга; нарушения соосности оси вышки и скважины и других причин.

Скручивание бурильных труб в результате воздействия

крутящего момента встречается очень редко и наблюдается в трубах, сечение которых сильно ослаблено коррозийным действием промывочной жидкости на внутренней поверхности труб.

Слом труб по утолщенному концу

Эти разрушения происходят по нарезанной части трубы. Наблюдается поперечный слом трубы по первому витку резьбы, находящемуся в сопряжении с бурильным замком.

Сломы утолщенного конца трубы происходят также и в других сечениях, расположенных на различных участках резьбы, или одновременно в нескольких сечениях.

Отмечается выкрашивание отдельных витков резьбы. Значительное число сломов в утолщенном конце трубы, несмотря на то, что толщина трубы в этом месте в 1,5-2 раза больше толщины тела трубы, объясняется влиянием нарезки, являющейся местом концентрации напряжения.

В резьбовом соединении ведущей трубы с переводником наиболее часто ломается конец штанги по первому витку резьбы.

Отсутствие упора в резьбовом соединении труб и штанг приводит к тому, что в опасном сечении полностью действует изгибающий момент, возникающий в процессе вращения бурильной колонны.

Воздействие переменных нагрузок в сочетании с концентрацией напряжения во впадинах резьбы обусловливает усталостный характер сломов. Разрушению способствует также и то, что нагрузки, действующие по виткам резьбы, в результате приложения осевых сил и изгибающих моментов, носят неравномерный характер. Неравномерность эта увеличивается при наличии отклонений по элементам резьбы, особенно по конусности.

Слом труб по телу

В практике бурения наблюдаются два вида сломов по телу трубы. Один из них представляет собой поперечный излом тела трубы, имеющий усталостный характер.

Причинами, приводящими к концентрации напряжений на отдельных участках поверхности трубы, являются различные повреждения, направленные перпендикулярно к оси трубы. К