Бурильная колонна, ее назначение и составные элементы.
Бурильная колонна – непрерывная многозвенная система инструментов, соединяющая наземное буровое оборудование (вертлюг) с долотом на забое скважины.
Бурильная колонна состоит из:
ведущей трубы;
бурильных труб;
утяжеленных бурильных труб;
вспомогательных элементов.
Бурильная колонна предназначена для:
передачи вращения от ротора к долоту;
восприятия реактивного момента забойного двигателя;
подвода промывочной жидкости к долоту и забою скважины, а также к ГЗД;
создания осевой нагрузки на долото;
спуска и подъема долота и забойного двигателя;
проведения вспомогательных работ (проработка, расширка и промывка ствола скважины, испытание пластов, ловильные работы и др.).
Состав бурильной колонны
1- вертлюг
2- переводник вертлюга
3- верхний переводник бурильной трубы
4- ведущая труба
5- нижний переводник ведущей трубы
6- предохранительные переводник
7- муфта бурильного замка
8- бурильные трубы
9- ниппель
10- муфта
11, 14- переводники
12, 13- утяжеленные бурильные трубы
Передача осевой нагрузки на долото. Понятие «нейтрального сечения» бурильной колонны.
Вследствие того что в процессе бурения только часть веса бурильной колонны передается на долото, появились идентичные понятия нейтрального сечения, нулевого сечения, нейтральной зоны. В дальнейшем будем применять термин нейтральное сечение как наиболее распространенный. Если бурильная колонна рассматривается без учета действия на нее сил плавучести, то в нейтральном сечении осевые напряжения равны нулю (0ос = 0). При наличии промывочной жидкости положение нейтрального сечения зависит от плотности промывочной жидкости и глубины погружения бурильной колонны. Показано, что гидростатическое давление не может вызвать продольного изгиба бурильной колонны, если плотность ее материала меньше плотности жидкости. Таким образом, положение нейтрального сечения в момент потери устойчивости бурильной колонны определяется весом, равным вертикальной составляющей реакции на нижнем ее конце за вычетом веса жидкости, вытесненной колонной. Очевидно, что осевые сжимающие напряжения в этом сечении равны гидростатическому давлению на этой глубине. Поэтому при рассмотрении продольного изгиба бурильной колонны положение нейтрального сечения определяется равенством аос = —Р, где р — гидростатическое давление.
Основные типы и конструкции бурильных труб.
Бурильные трубы бывают стальные и легкосплавные.
Марки сталей для изготовления СБТ
Д К Е Л М Р Т
увеличение
прочности
Легкосплавные бурильные трубы.
Легкосплавные (алюминиевые) бурильные трубы ЛБТ (АБТ) сборной конструкции применяют при бурении с использованием гидравлических забойных двигателей.
ЛБТ изготавливают из дюрали (сплав Al – Cu – Mg).
Утяжеленные бурильные трубы УБТ.
Применяются для увеличения массы (веса) и жесткости бурильной колонны.
Типы УБТ:
- горячекатанные УБТ;
- сбалансированные (УБТС)
Горячекатанные УБТ используются преимущественно при бурении с гидравлическими забойными двигателями. Имеют недостаточную прочность, особенно в резьбовых соединениях.
Сбалансированные УБТ используют преимущественно при роторном способе бурения. УБТС изготовляют из сталей марки 38ХН3МФА и 40ХН2МА.
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ бурильной колонны.
Центраторы – для центрирования нижнего направляющего участка бурильной колонны в стволе скважины и предупреждения его самопроизвольного искривления.
- лопастные;
- шарошечные.
Калибраторы – для выравнивания стенок скважины до номинального диаметра и калибрования ее ствола.
- лопастные;
- шарошечные.
Стабилизаторы – для стабилизации работы нижнего направляющего участка бурильной колонны путем ограничения прогиба труб при наличии каверн, гашения поперечных и иных колебаний.
- с цельными лопастями;
- со сменными лопастями;
- с приваренными лопастями.
Амортизаторы – для снижения амплитуды динамических нагрузок.
- пружинные;
- резинометаллические;
- гидравлические;
- газовые.
Протекторные кольца – для защиты бурильных и обсадных труб.
- резиновые;
- резинометаллические;
- пластиковые;
- металлические.
Обратные клапаны – для предупреждения поступления загрязненного бурового раствора в бурильную колонну.
Фильтры – для предупреждения попадания в бурильную колонну посторонних предметов.
Металлошламоуловители – для улавливания кусков металла и крупного шлама.
Гидрояссы (гидроударники) – для освобождения бурильной колонны от прихватов.
Переводники – для соединения бурильных труб и др. элементов.
Напряжения, возникающие в бурильной колонне (БК).
Напряжение растяжения возникает в растянутой части БК. Максимальное значение – при подвешенном состоянии БК и при циркуляции промывочной жидкости.
Напряжение сжатия возникает в нижней сжатой части БК.
Напряжение изгиба возникает при потере устойчивости БК от сжатия. Максимальное значение – у долота.
Касательные напряжения, возникающие при передаче крутящего момента от ротора.
Касательные напряжения от действия реактивного момента ГЗД, уменьшающиеся в направлении к верху БК.
Изгибающие напряжения от действия на БК осевых и центробежных сил.