Бурильна колона - студопедія
Бурильна колона (рис. 4.27) складається з провідної труби 4, бурильних труб 8 в обважнених бурильних труб 13. Верхня частина бурильної колони, представлена провідною трубою 4, приєднується до вертлюга 1 за допомогою верхнього переводника 3 і переводника вертлюга 2. Провідна труба приєднується до першій бурильної трубі 8 через нижній переводник провідної труби 5, запобіжний переводник 6 і муфту бурильного замка 7. Бурильні труби 8 з'єднуються один з одним за допомогою бурильних замків, що складаються з двох деталей (муфти бурильного замка 7 і ніпеля бу ільного замку 9), або за допомогою з'єднувальних муфт 10. Обтяжені бурильні труби (УБТ) безпосередньо згвинчуються один з одним без застосування будь-яких сполучних елементів. Верхні УБТ приєднуються до бурильної трубі через переводник 11. До нижніх УБТ 13 через переводник 14 прівінчівается долото (при роторному способі буріння) або забійний двигун з долотом (при турбінному бурінні і при бурінні з електробуром).
Бурильна колона призначена для наступних цілей: 1) передачі обертання від ротора до долоту (при роторному бурінні); 2) підведення промивної рідини до турбобури (при турбінному бурінні), до долоту і забою свердловини (при всіх способах буріння); 3) монтажу окремих секцій токо-дроти (при бурінні з електробуром); 4) створення навантаження на долото; 5) підйому і спуску долота, турбобура, електробура; 6) проведення допоміжних робіт (розширення і промивання свердловини, ловильні роботи, перевірка глибини свердловини і т. Д.).
Умови роботи бурильної колони при роторному способі і при бурінні з забійними двигунами різні. При роторному способі бурильна колона, передає
обертання від ротора до долоту і осьову навантаження на долото, відчуває цілий ряд навантажень.
Коли бурильна колона не стосується забою свердловини і не обертається, вона схильна до лише розтягуючих зусиль, які досягають максимуму у вертлюга. В процесі буріння свердловини верхня частина бурильної колони розтягнута, а нижня, яка спирається на забій - стиснута.
Таким чином, бурильна колона при бурінні одночасно піддається впливу розтягують і стискають зусиль.
При цьому вона завжди має перетин, в якому відсутні розтягують і стискають зусилля, а, отже, і напруги від дії цих сил.
Крім напружень розтягування і стиснення при передачі крутного моменту від ротора до долоту в бурильної колоні виникають напруги крутіння, які досягають максимуму у гирла свердловини, а також згинальні напруги від дії відцентрових сил, що збільшуються від гирла до вибою свердловини.
Одночасна дія на бурильну колону всіх перерахованих сил ускладнює умови її роботи при роторному способі буріння. В результаті часто трапляються аварії з бурильними трубами, бурильними замками та іншими елементами колони.
При бурінні свердловини з забійними двигуном (турбобуром або електробурів) умови роботи бурильної колони значно полегшуються. Вона в цьому випадку не обертається і тому відчуває тільки розтягують і стискають навантаження, а також реактивний момент забійного двигуна. Останній має незначну величину, в практичних розрахунках їм можна знехтувати.
Таким чином, буріння з забійними двигунами в значній мірі знизило вимоги до бурильної колоні. Стало можливим застосування для бурильної колони труб з меншою товщиною стінок, що скоротило витрату металу, а, отже, і зменшило її вартість. Число аварій з бурильної колоною при будь-яких умовах її роботи з забійними двигунами завжди в багато разів менше, ніж при роторному бурінні. Розглянемо основні елементи бурильної колони.
Провідна труба може мати квадратне, шестигранний і восьмигранное перетин, найбільше поширення отримали провідні труби квадратного перетину ( «квадрати»). Момент, що обертає від ротора передається провідній трубі через вкладиші, що вставляються в ротор. Для кожного розміру провідної труби застосовуються відповідні вкладиші, що дозволяють їй вільно переміщатися уздовж осі свердловини.
Бурильні труби випускаються наступних конструкцій:
а) з висадженими всередину кінцями (ріс.4.28, а); б) з висадженими назовні кінцями (ріс.4.28, б); в) з привареними сполучними кінцями.
Мал. 4.28 Бурильная труба: а - з висадженими всередину кінцями;
б - з висадженими назовні кінцями; I - труба; II - муфта
Бурильні труби з висадженими всередину кінцями мають конусну дрібну трубну різьбу. Висадка всередину на кінцях труби зменшує її внутрішній діаметр. З'єднуються такі труби за допомогою замків (рис. 4.29, а) або муфт (рис. 4.29, б). Труби даної конструкції в даний час дуже поширені. Випускаються вони довжиною 6; 8 і 11,5 м з зовнішнім діаметром 60, 73, 89 і 102 мм. Труби діаметром 114, 127, 140 і 168 мм випускаються довжиною 11,5 м.
Ріс.4.29 З'єднання бурильних труб з висадженими всередину кінцями:
а - бурильних замком; б - сполучної муфтою.
Бурильні труби з вивоженнимі назовні кінцями мають таку ж різьблення, як і труби з висадженими всередину кінцями. Висадка назовні дозволяє мати однаковий внутрішній діаметр по всій довжині труби, що різко покращує гідравлічну характеристику цих труб у порівнянні з трубами з висадженими всередину кінцями, так як значно знижуються втрати на подолання опорів при проходженні промивної рідини по бурильної колоні.
Розглянуті труби з'єднуються також за допомогою з'єднувальних муфт або бурильними замками. Вони мають таку ж довжину, що і труби з висадженими всередину кінцями. Заводи випускають труби діаметром 60, 73, 89, 102, 114 і 140 мм.
Спочатку ці труби призначалися для буріння свердловин електробуром. При цьому способі буріння потрібна наявність в трубах широкого і однакового по всій довжині циркуляційного каналу, що забезпечує монтаж токоподвода і проходження промивної рідини. Однак досвід показав доцільність застосування цих труб при турбінному способі буріння.
В процесі спуску і підйому бурильної колони недоцільно згвинчувати і розгвинчувати всі труби, наявні в колоні. Набагато швидше здійснюються спускопідйомні операції при відгвинчуванні або нагвинчуванні відразу декількох труб. Комплект таких труб, званий свічкою, може мати різну довжину, що залежить від висоти застосовуваної вишки.
В даний час найбільш поширеною є вишка висотою 41 м, що дозволяє мати свічки довжиною близько 25 м. Бурильні труби виготовляються довжиною 6, 8 і 11,5 м. Тому свічка може бути зібрана з чотирьох 6-м труб, трьох 8-м труб або з двох труб довжиною 11,5 м.
При складанні свічки з чотирьох 6-м бурильних труб дві пари труб з'єднуються за допомогою муфт (див. Ріс.4.29, б), а так звані двухтрубкі - з використанням бурильних замків (ріс.4.29, а).
При складанні свічки з трьох 8-м бурильних труб застосовують дві з'єднувальні муфти або одну сполучну муфту і один бурильний замок. Дві бурильні труби довжиною 11,5 м з'єднують за допомогою бурильних замків. Зібрані свічки згвинчував також з використанням бурильних замків.
Для з'єднання бурильних труб з висадженими всередину кінцями є два типи замків:
1) ЗШ - з діаметром прохідного перерізу, близьким до діаметра прохідного перетину виражених решт бурильних труб;
2) ДТ - з діаметром прохідного перерізу, значно меншим діаметра прохідного перетину висаджених решт бурильних труб.
Звуження прохідного перетину в бурильних замках ДТ значно збільшує втрати тиску при циркуляції промивної рідко-сти. Тому вони мало застосовуються при роторному способі буріння і абсолютно не застосовуються в турбінному бурінні.
Для з'єднання бурильних труб з висадженими назовні кінцями створені бурильні замки зі збільшеним прохідним перетином (типу ЗУ), що забезпечують нормальні умови проходки свердловин при турбінному бурінні і при бурінні з електробуром.
Кожен з трьох розглянутих типів бурильних замків має свої розміри, однак зовні вони дуже схожі один на одного (рис. 4.30).
Ніпель і муфта бурильного замка з'єднуються один з одним за допомогою конічної великої замкової різьблення, а приєднання цих деталей до бурильних труб здійснюється за допомогою дрібної трубного різьблення. Велика замкова різьба зі значною конусностью дозволяє багаторазово згвинчувати і розгвинчувати свічки з незначною витратою часу. Застосування замків для з'єднання бурильних труб не тільки прискорює спускопідйомні операції, але і запобігає бурильні труби від передчасного зносу: при наявності замкового з'єднання ключами захоплювати не бурильні труби, а ніпель і муфта замка. Тому бурильні замки виготовляють з кращого металу. З'єднання труб бурильними замками поряд з позитивними особливостями має і принципові недоліки.
1. Для згвинчування двох труб застосовується не одне, а три різьбових з'єднання, що зменшує міцність бурильної колони і, незважаючи на застосування високоякісної графітного мастила для різьби, знижує герметичність кожного з'єднання.
2. Найкраща герметичність нарізного сполучення досягається в тому випадку, коли в кінці свинчивания одна деталь впирається в іншу (завзяте з'єднання). Таке з'єднання надійно в роботі навіть при значному перепаді тиску в трубах і в затрубному просторі. Розглянуті вище конструкції бурильних труб і бурильних замків дозволяють після свинчивания двох труб мати з трьох з'єднань лише одне вперте, утворене при свинчивании деталей замка один з одним за рахунок упору торця муфти в заплечики ніпеля. Два інших сполуки є безупорнимі, так як при свинчивании ніпеля і муфти замку з бурильними трубами з'єднуються деталі не туляться один до одного. Герметичність в цих різьбових з'єднаннях забезпечується тільки зачепленням резьб і хорошою мастилом.
Бурильні замки типу ЗШ і особливо типу ДТ, мають зменшений внутрішній діаметр у порівнянні з внутрішнім діаметром бурильних труб, роблять необхідним застосування більш потужних бурових насосів в зв'язку з виникненням під час циркуляції промивної рідини значного перепаду тиску в з'єднаннях. Зменшення прохідного перетину в з'єднаннях дуже небажано також при застосуванні колонкових доліт зі знімною грунтоноска, а також при використанні різних приладів, що спускаються в бурильну колону.
Обтяжені бурильні труби встановлюються над долотом (турбобуром, електробурів) з метою збільшення жорсткості нижньої частини бурильної колони. Застосування УБТ дозволяє створювати навантаження на долото коротким комплектом з'єднаних між собою товстостінних труб, що покращує умови роботи бурильної колони.
Виготовляються УБТ двох типів: гладкі по всій довжині (ріс.4.31, а) і з конусної проточкою (ріс.4.31, б) для кращого захоплення.