pdf.php@id=6169

нормальной резьбы (рис. 56, б). Во всех этих случаях необходима точ­ ная обработка поверхностей блокировки. Наиболее удачной формой для предотвращения срезов и разрывов в нормальной резьбе яв­ ляется ее выполаживание. Осуществляется оно контактной электро­

	сваркой и запрессовкой бурильных замков. Несколько						типов при­
	меняемых конструкций дается на рис. 57.
	Обрыв в начале высаженного конца бурильной трубы вызывается
	усталостью от чистого изгиба, поскольку в				данном	случае отсут­
	ствует эффект падрезки, а воздей­
	ствие вибраций является незначи­
	тельным.
	Для предупреждения такой по­
	ломки необходимо держать буриль­
	ные трубы в растянутом состоя­
	нии, а также бурить прямые
	стволы	скважинг.
	П о л о м к и б у р и л ь н ы х			Рис. 57.	Электрическая			сварка бу­
	т р у б	в р а б о ч е й	з о н е
				рильных	замков	на	их	контакте
	(применение механических		клю­	с применением давления.

чей, клиньев). Эта зона распола­ гается на 1 м ниже муфты и подвергается воздействию инструментов,

создающих горизонтальные насечки от клиньев или вертикаль­ ные от плашек механических ключей. На эффект нарезки накла­ дывается обычно коррозия как ухудшающий фактор.

Причины эти были давно известны. Поэтому создали такие кон­ струкции плашек ключей и клиньев, которые сводят к минимуму опасности разрыва тела трубы, и число таких аварий за послед­ нее время значительно снизилось.

4. РАЗРЫВЫ В ТЕЛЕ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

Максимальное растяжение, которому может подвергаться ко­ лонна бурильных труб, зависит от качества материала. В табл. 22 приведены некоторые важные свойства стали, используемой для изготовления бурильных труб. Достижение или превышение этих пределов обязательно ведет к разрыву последних. Разрыв, вызы­ ваемый натяжением, имеет известный характерный вид: бурильные трубы удлиняются до образования шейки, в месте которой проис­ ходит разрыв трубы. Предварительное удлинение металла приобре­ тает большое значение в связи с длиной бурильных труб. Так, на скважине с глубиной забоя 2200 JW после прихвата инструмента бурильные трубы при натяжке удлинились на 28 м до разрыва, создавая впечатление, что долото поднимается вверх, тем более, что за все это время показания индикатора веса остаются приблизи­ тельно постоянными (табл. 22).

1 Под прямым стволом не понимается чисто вертикальный ствол.

153

Таблица 22

Свойства сталей для бурильных труб

Наименование		Марка труб
	С	Д	Е
Предел текучести, кГ/мм2 ................................	30	38	55
Прочность на растяжение, кГ/мм2 ................	52	67	75
Минимальное удлинение, % ............................	20’	16	12

Можно относительно легко проверить, происходит ли удлинение колонны бурильных труб или прихваченный инструмент освобо­ дился.

1. Колонна не возвращается в исходную точку во время опуска­ ния вниз.

2.Длина каждой бурильной трубы сильно возрастает, что легко проверить на извлеченных бурильных трубах.

3.Диаметр удлиненной бурильной трубы уменьшается.

Зная допустимое натяжение (из табл. 12 и 13), можно предотвра­ тить возможный случай обрыва путем установления максимального числа делений индикатора веса, до которого можно форсировать растяжение бурильных труб.

Для этого необходимо знать точно цену деления индикатора веса. Указания завода или проверочной мастерской являются недо­ статочными, потому что может произойти нарушение тарировки во времени. Для советских индикаторов весаГИВ-1 и ГИВ-2, у кото­ рых отношение между ценой делений и нагрузкой является при­ близительно постоянным, на практике поступают следующим образом.

Цена деления в т =

____________ нагрузка на крюке в т — выталкивающая сила в т___________

число делении — число делений от веса подвижной части талевой системы

Нагрузку определяют согласно расчету по весу элементов колонны бурильных труб, при этом необходимо учитывать вытал­ кивающую силу от погружения в промывочную жидкость.

В случае прихвата колонны бурильных труб необходимо инди­ катор веса подвергнуть контролю и по возможности его дублировать.

На одной скважине прихватило колонну 5°/ю" бурильных труб. Забой находился на глубине 1800 м. Бригадир дал натяжку до 80 делений (допустимый предел) и заметил, что стрелка индикатора веса осталась на месте, в то время как колонна бурильных труб, казалось, пошла вверх.

Как только вытянули еще около двух свечей, сломался элева­

тор. После	воссоединения с рабочей	трубой		снова продолжили
вытягивание	бурильного инструмента	при	тех	же условиях, что
и раньше, но при этом оборвался буровой			канат.

454

Во время исследования аварии обнаружили дефект в работе индикатора веса. Палец, передающий давление на диаграмму, не -был отрегулирован и, задевая за циферблат на 80 делениях, не имел дальнейшего хода, т. е. натяжение талевого каната было много больше, чем это мог показать индикатор веса.

Скручивание бурильных труб не может вызывать обрыва буриль­ ных труб, так как мощность существующих буровых установок не превышает допускаемых нагрузок на бурильные трубы, при­ меняемые в настоящее время.

Напротив, известно несколько случаев разрыва бурильных труб после скручивания, возникших во время усиленных попыток левого развинчивания бурильных труб. Этот вид обрыва объясняется тем, что для предотвращения появления линий ослабления сопротивления в теле бурильных труб с правой резьбой прокатка при их изготовлении производится по левой спирали.

Внешний и внутренний износ тела бурильных труб является причиной, порождающей многие аварии подобного вида. Абразив­ ный износ трубы снаружи ведет к уменьшению сечения ее тела и влечет за собой увеличение допускаемого напряжения. Так как бурильная труба опирается о стенки ствола скважины по образую­ щей, опорное давление распределяется по всей ее длине, исключая части, находящиеся в непосредственной близости к бурильным замкам. Этот вид износа имеет постепенный характер и является одной из основных причин перевода труб из категории в категорию или списания их.

В табл. 23 приведена классификация бурильных труб по кате­ гориям износа. .

Разрыв бурильных труб, связанный с уменьшением внешнего диаметра, происходит редко и предотвращается в основном путем систематического контролирования.

Таблица 23

Классификация бурильных труб по категориям износа

Номинальный диаметр, дюймы

СО

4V ,

5°/ю

6Ч 8

Минимальный диаметр бурильных труб»

Толщина		.H .U
стенки, мм	категория	категория	категория
		II	III
9,3	87,2	86,7	86
11,4	87,2
8,6	112,7	111,4	110
9,5	112,7
10,0	112,7
10,9	112,7
9(8 -9)	139,7	137,9	136
10,5	139,7

И139,7

8,4	166,6	164,4	162
И

155

Контроль бурильных труб осуществляется кольцом-калибром, отверстие которого имеет допуск для каждой категории износа. Если соответствующий калибр проходит по определенной бурильной трубе, ее следует удалить из колонны и перевести в более низкую ( категорию.

Контроль колонны бурильных труб производится в процессе подъ­

ема долота и периодически			в	интервалы		времени, продиктованные
	специфическими			условиями соответствующего района.
	Внешний абразивный износ является опасным,
	когда он происходит за малое время и носит харак­
	тер местного проявления. Так, например, наличие вы­
	ступов твердых пород, когда долото имеет ограничен­
	ную проходку,		ведет к строгальному эффекту с вполне
>	естественными последствиями.
	Подобные случаи могут сопровождаться образо­
	ванием окоп в колонне бурильных труб						при прохо­
	ждении рядом с предметами, оставленными в стволе
	скважины, и т. д. Однако все повреждения бурильных
	труб связаны с вращением без или с незначительной
	проходкой долота. Некоторые бурильщики считают,
	что для предотвращения прихватов бурильных труб
	достаточно проворачивания инструмента без маневри­
	рования.	Эта система			имеет ряд недостатков, о кото­
	рых говорилось		ранее.
Рис. 58.	Повреждение тела трубы вследствие абразивного
Разъедание	износа	происходит			очень	быстро, особенно, если
бурильных	бурильная труба			работает		на сжатие.	Поверхность,
т "б за счет

в^тренней* подверженная износу, резко ограничена, так как коррозии. бурильная труба трется о стенку одним и тем же

местом.

Если это явление вовремя не заметили, могут возникнуть (по­ мимо обрывов) тяжелые осложнения:

прихват долота по причине отклонения циркуляции через разрыв;

расширение ствола скважины в зоне сжатия бурильных труб

ипотеря обломанного конца бурильного инструмента; невозможность создания нефтяной ванны для освобождения сло­

манной части колонны бурильных труб.

Подобные аварии предотвращаются путем правильного исполь­ зования утяжеленных бурильных труб.

Внутренняя и внешняя поверхности бурильных труб подвергаются коррозии вследствие возникновения химического взаимодействия благодаря наличию некоторых дефектов в массе металла, иногда даже микроскопических размеров. Внешняя поверхность бурильных труб менее подвержена коррозии — исключая эффект усталости. Труба почти постоянно шлифуется благодаря трению о стенки сква­ жины и воздействию глинистого раствора.

Внутренняя коррозия труб является более сильной по той

156

причине, что нагнетаемый глинистый раствор насыщен кислородом. Минерализация глинистого раствора представляет собой ухудшаю­ щий фактор.

Внутреннюю коррозию обнаруживают случайно в связи с обра­ зованием альвеол, столь характерных для железа, изъеденного ржавчиной, и проникающих на глубину толщины стенки, в резуль­ тате чего происходит разрыв трубы с резко изрезанными краями (рис. 58). Для нейтрализации химической коррозии рекомендуется, чтобы глинистый раствор был щелочного характера, имел величину pH > 9. Для предупреждения абразивного действия глинистого раствора предлагается бакелитизация внутренней поверхности бурильных труб.

5. БУРИЛЬНЫЕ ЗАМКИ

Бурильный замок состоит из двух отдельных деталей: муфты и ниппеля. Он служит для устойчивого, быстрого и надежного соединения бурильных труб посредством специальной резьбы.

Основные размеры бурильного				замка приведены в табл. 24.
		Основные размеры бурильного замка				Таблица 2d
Наружный диаметр			Внутренний		Длина калибра
			диаметр
номинальный,		D, мм	d, мм		ниппеля	муфты
дюймы	N	L	N	L
23/8	80	—	25	_	165	241
27/8	95		31,5	—	172	260
З1/,	108	117,5	38	62	181	276
41/.	140	146	57	80	200	308
59/ie	171	178	70	101,6	219	340
65/в	197	203	89	127	242	368
Специальные бурильные			замки	бывают	двух типов:	типа L

итипа N . Бурильный замок типа L с широким проходным отверстием, имеющим внутренний диаметр, значительно больший нормального

ислужит для уменьшения потерь давления во время циркуляции раствора. Внешний диаметр замка увеличен для соблюдения проч­ ности. Изменена также форма резьбы, исходя из конструктивных соображений.

Нормальные замки типа N уже устарели и все меньше и меньше применяются на практике.

Специальные бурильные замки изготовляются из высококаче­ ственной стали, предпочтительно из легированных сплавов, из кото­

рых изготавливаются и бурильные трубы.

157

Длина специальной муфты или специального ниппеля должна позволять нарезку специальной резьбы.

Форма специальной резьбы показана на рис. 59. Угол между поверхностями витка составляет 60°, основание резьбы округлено, а вершины подрезаны. Такая специальная резьба обеспечивает быстрое соединение бурильных труб при малом числе оборотов, повышенное сопротивление усилиям, возникающим при завинчива­ нии и отвинчивании замка до появления ярко выраженного износа

					поверхностей		профиля резьбы.
					Упорный		уступ	играет двойную
					роль: обеспечивает			герметизацию сое­
					динения, которую не может обеспе­
					чить сама резьба; позволяет правильно
					завинчивать муфту с ниппелем за счет
					ограничения		конечного			положения,
					когда оба крыла резьбы одинаково на­
					гружены на		сжатие	без	опасения по­
					явления деформации.
					Если бы затягивание резьбы про­
					должалось сверх этого				положения, то-
					специальный ниппель, будучи менее-
Рис.	59. Форма		специальной		устойчивым, разрушился за счет про­
					движения	в коническое				отверстие-
		резьбы.			Наоборот, если бы герметизация на
J —специальный ниппель; 2 —упор­
ный уступ;		3—выточка; 4 —верх­			упорном	уступе		получилась			ранее-
няя	поверхность		витка	резьбы;	достижения		оптимальной			позиции за­
5 — нижняя		поверхность		витка
резьбы; б — специальная муфта.					тяжки, то		сжатию было			бы	подвер­
вело	бы	к появлению в			жено обратное крыло резьбы, что при­
					сечении опрокидывающего				момента.

Этот допуск является очень незначительным. На новых специаль­ ных бурильных замках после завинчивания от руки специальногониппеля в муфту до последних сил на упорном уступе должно остаться пространство не больше толщины одного листа бумаги. Со временем за счет износа профиля резьбы упорный уступ необходимо при­ тирать.

П р и ч и н ы а в а р и й . Внешний износ специальных буриль­ ных замков способствует изменению их формы, уменьшению сече­ ния, снижает сопротивление приложенным усилиям и деформациям.

Внешний износ замка является более глубоким, чем отмечав­ шийся на теле бурильных труб, вследствие выступающих поверх­ ностей с малой площадью. Увеличенный диаметр специального бурильного замка защищает до некоторой степени тело бурильных труб от абразивного износа во вред собственной прочности.

В зависимости от условий работы колонны бурильных труб- в скважине различают характерные виды износа.

Бурильные трубы находятся в сжатом состоянии. Колоннабурильных труб изгибается по спирали. Во время вращения специаль­ ные бурильные трубы изгибаются по спирали. Во время вращения

158

специальные бурильные замки трутся с одной стороны о стенки скважины. Износ имеет вид, показанный на рис. 60, в. Возникает опасность разрыва за счет среза нормальной резьбы вследствие уменьшения толщины нормальной муфты, либо за счет среза спе­ циальной резьбы, подверженной также эрозии в резуль­ тате удаления части упорного уступа.

Б у р и л ь н ы е т р у б ы в р а с т я н у т о м

m

с о с т о я н и и .

В кривом

стволе

бурильные

замки

при

износе

принимают

бочкообразную

форму

(рис.

60, с). Нормальный износ в прямом стволе является

однородным с некоторой эксцентричностью (рис. 60, в).

Стволы

скважин с желобообразованием порождают

внешний характерный износ бурильных труб и зам­

ков,

показанный

на рис.

7.

зависит

р

Абразивный износ

t u

от

геологического

разреза,

а

размах

и

скорость

явления

зависят

от

твердости

прохо­

димой среды.

Внешний износ специальных

бурильных

замков в пределах,

ш

не

подвергающих

опасности

нормальное бурение, регламен­

тируется путем отбраковки

ко­

лонн бурильных труб на труб­

ных базах, как показано в

табл. 25.

Оснащение бурильных труб

новыми буровыми

замками об­

6

ходится очень дорого. Это мож­

но было бы избежать путем про­

Рис. 60. Износ специаль­

дления срока службы специаль­

Рис. 61.

ных бурильных замков.

ных

замков до конца эксплуа­

Защита

а — при сжатом

состоянии

тации бурильных труб.

бурильных

бурильных труб;

6 — при

На

промыслах

внедрялись

замков.

растянутом

состоянии

бу­

рильных труб (ствол

сква­

методы продления срока служ­

1 — боковое

жины

прямой);

в — при

армирование;

растянутом

состоятш

бу­

бы

специальных

бурильных

2 —армирова­

рильных труб (искривлен­

замков

для

бурения

геологи­

ние специаль­

ный ствол

скважины).

ного ниппеля.

ческих

разрезов,

сложенных

породами большой твердости, но пока не были получены поло­ жительные результаты.

Примеры. К нижней части специальной муфты приваривались электросваркой два или три кольца из твердого сплава или белого чугуна (рис. 61, а).

Износа муфты ниже последнего кольца не удалось избежать. В то же самое время ухудшилось положение с желобообразо­ ванием ствола скважины. Лучшее решение (рис. 61, в) было полу­ чено в том случае, где кольцо из твердого сплава ставилось фрон­

159

тально с помощью электросварки по плоской матрице, уменьшая тем самым опасность разрыва на последней нагруженной нитке. Хотя и получили значительно лучшие результаты, чем при пре­ дыдущем методе, но все же не удалось избежать износа верхней части специального бурильного замка.

				Таблица 25
				Категория
	Минимальный внешний диаметр	Тип	I	I	III
	специальных буровых 8амков, дюймы	замка
			Наружный диаметр, мм
	27/в	N	94	93	92
	3V .	N	105	103	101
		L	■114	112	110
	4V ,	N	137	132	129
		L	142	128	134
	5е/и (51/*)	N	167	162	157
		L	173	168	163
	65/ 8	N	193	187	181
		L	199	193	187

Попытка защиты специальной муфты путем армирования специального ниппеля показапа на рис. 61.

Результаты были хорошие, но метод получился очень дорогой. Единственно рациональным методом замены специальных бу­ рильных замков явилось бы применение беззамковых бурильных

труб с высаженными наружу концами.

Повреждение резьбы специальных бурильных замков

Повреждения специальной резьбы являются характерным по­ следствием местных деформаций, возникающих благодаря пре­ вышению предела текучести материала, в результате попыток рез­ кого отвинчивания труб. Проявление этой деформации на поверх­ ности упорного уступа объясняется созданием необычных аксиаль­ ных усилий. Деформация происходит на плоскости контакта, который оказывает сопротивление отвинчиванию до появления среза материала. Поэтому повреждение предшествует смятию или разрыву в специальной резьбе. Повреждение резьбы необходимо считать предупреждающим указанием.

160