ДОЛОТА ДЛЯ КОЛОНКОВОГО БУРЕНИЯ
В процессе бурения разведочной, а иногда и эксплуатационной скважины периодически отбираются породы в виде нетронутых целиков (кернов) для составления стратиграфического разреза, изучения литологической характеристики пройденных пород, выявления содержания нефти, газа в порах пород и т. д.
Для извлечения на поверхность керна применяют колонковые долота (рис. 2.7). Состоит такое долото из бурильной головки 1 и колонкового набора, присоединенного к корпусу бурильной головки с помощью резьбы.
| |||
Рис. 2.7. Схема устройства колонкового долота: 1 — бурильная головка; 2 — керн; 3 — грунтоноска; 4 — корпус колонкового набора; 5 — шаровой клапан |
В зависимости от свойств породы, в которой осуществляется бурение с отбором керна, применяют шарошечные, алмазные и твердосплавные бурильные головки.
Шарошки в бурильной головке смонтированы таким образом, чтобы порода в центре забое скважины при бурении не разрушалась. Это создает условия для образования керна 2. Существуют четырех-, шести- и далее восьмишарошечные бурильные головки, предназначенные для бурения с отбором керна в различных породах. Расположение породоразрушающих элементов в алмазных и твердосплавных бурильных головках также позволяет разрушать горную породу только по периферии забоя скважины [30].
Образующаяся колонка породы поступает при углублении скважины в колонковый набор, состоящий из корпуса 4 и колонковой трубы (грунтоноски) 3. Корпус колонкового набора служит для соединения бурильной головки с бурильной колонной, размещения грунтоноски и защиты ее от механических повреждений, а также для пропуска промывочной жидкости между ним и грунтоноской. Грунтоноска предназначена для приема керна, сохранения его во время бурения и при подъеме на поверхность. Для выполнения этих функций в нижней части грунтоноски устанавливаются кернорватели и кернодержатели, а вверху — шаровой клапан 5, пропускающий через себя вытесняемую из грунтоноски жидкость при заполнении ее керном.
По способу установки грунтоноски в корпусе колонкового набора и в бурильной головке существуют колонковые долота со съемной и несъемной грунтоноской.
Колонковые долота со съемной грунтоноской позволяют поднимать грунтоноску с керном без подъема бурильной колонны. Для этого в бурильную колонну спускают на канате ловитель, с помощью которого извлекают из колонкового набора грунтоноску и поднимают ее на поверхность. Затем, используя этот же ловитель, спускают и устанавливают в корпусе колонкового набора порожнюю грунтоноску, и бурение с отбором керна продолжается.
Колонковые долота со съемной грунтоноской применяют при турбинном бурении, а с несъемной — при роторном.
БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА
Бурильная колонна состоит из ведущей трубы, бурильных труб, бурильных замков, переводников, утяжеленных бурильных труб, центраторов бурильной колонны.
Предназначена она для следующих целей:
1) передачи вращения от ротора к долоту при роторном бурении;
2) подвода промывочной жидкости к турбобуру при турбинном бурении;
3) монтажа отдельных секций токопровода при бурении с электробуром;
4) создания нагрузки на долото;
5) подъема и спуска долота, турбобура, электробура;
6) проведения вспомогательных работ (расширение и промывка скважины, ловильные работы, проверка глубины скважины и т. д.).
Условия работы бурильной колонны при роторном способе и бурении с забойными двигателями различны. При роторном способе бурильная колонна, передающая вращательное движение от ротора к долоту и осевую нагрузку на долото, испытывает ряд нагрузок.
Если бурильная колонна не касается забоя скважины и не вращается, то она подвержена только растягивающим усилиям, которые достигают максимума у устья скважины. В процессе бурения скважины верхняя часть бурильной колонны растянута, а нижняя, опирающаяся на забой, — сжата.
Таким образом, бурильная колонна при бурении одновременно подвержена действию растягивающих и сжимающих усилий. При этом она всегда имеет сечение, в котором отсутствуют и сжимающие, и растягивающие усилия, а следовательно, и напряжения от этих сил.
Кроме напряжений растяжения и сжатия при передаче вращающего момента от ротора к долоту в бурильной колонне возникают напряжения кручения, которые достигают максимума у устья скважины, а также изгибающие напряжения от действия центробежных сил, увеличивающиеся от устья к забою скважины.
Одновременное действие на бурильную колонну всех перечисленных сил осложняет условия ее работы при роторном способе бурения. В результате часто случаются аварии с бурильными трубами, бурильными замками и другими элементами колонны [30].
При бурении скважины с забойным двигателем (турбобуром или электробуром) условия работы бурильной колонны значительно облегчаются. Она в этом случае не вращается и поэтому испытывает только растягивающие и сжимающие нагрузки, а также реактивный момент забойного двигателя. Последний имеет незначительное значение и в практических расчетах им можно пренебречь.
Рассмотрим подробнее элементы бурильной колонны. Ведущая труба имеет в большинстве случаев квадратное сечение. Вращающий момент от ротора передается ведущей трубе через вкладыши, вставляемые в ротор. Для каждого размера трубы применяют соответствующие вкладыши, позволяющие ей свободно перемещаться вдоль оси скважины.
Серийно выпускаемые трубы имеют сборную конструкцию, состоящую из собственно трубы, верхнего переводника для соединения с вертлюгом и нижнего переводника для соединения с бурильными трубами. Вертлюг обеспечивает вращение бурильной колонны, подвешенной на крюке в буровой вышке, и подачу через нее промывочной жидкости. Вертлюг состоит из двух частей — системы вращающихся и неподвижных деталей. Неподвижная часть вертлюга подвешивается к подъемному крюку, а к вращающейся части присоединяют бурильную колонну. Ведущие трубы выпускаются следующих размеров (со стороной квадрата): 112, 140 и 155 мм с диаметрами проходного канала соответственно: 74, 85 и 100 мм и длинами труб — 13, 14и 14 м. Ведущие трубы изготовляют из прочных сталей.
Бурильные трубы изготовляются следующих конструкций:
1) с высаженными внутрь концами;
2) с высаженными наружу концами;
3) с приваренными присоединительными концами;
4) с блокирующим (стабилизированным) пояском;
5) беззамковые раструбные трубы.
Конструкции бурильных труб приведены на рис. 2.8. На бурильных трубах с высаженными внутрь концами выполнена конусная мелкая трубная резьба. Высадка внутрь на концах трубы уменьшает ее внутренний диаметр. Соединяют такие трубы при помощи замков (рис 2.9, а) или муфт (рис. 2.9, б). Трубы этой конструкции весьма распространены. Длина их 6,8 и 11,5 м при наружном диаметре 60, 73, 89 и 102 мм. Трубы диаметрами 114, 127, 140 и 168 мм выпускаются длиной 11,5 м.
Рис. 2.8. Бурильные трубы:
а — с высаженными внутрь концами; б — с высаженными наружу концами; 1 — труба; 2 — муфта
Рис. 2.9. Соединение бурильных труб с высаженными внутрь концами
Бурильные трубы с высаженными наружу концами имеют такую же резьбу, что и трубы с высаженными внутрь концами. Высадка наружу обеспечивает одинаковый внутренний диаметр по всей длине трубы, что резко улучшает гидравлическую характеристику этих труб по сравнению с высаженными внутрь концами, так как значительно снижаются потери на преодолении сопротивлений при прохождении промывочной жидкости по бурильной колонне. Эти трубы соединяются также при помощи соединительных муфт или бурильных замков. Длина этих труб такая же, как и труб с высаженными внутрь концами. Заводы выпускают трубы диаметром 60, 73, 89, 114 и 140 мм.
Сначала эти трубы предназначались для бурения скважин электробуром. При этом способе бурения требуется наличие в трубах широкого и одинакового по всей длине циркуляционного канала, обеспечивающего монтаж: токопровода и прохождение промывочной жидкости. Однако опыт показал целесообразность применения этих труб при турбинном способе бурения.
Бурильные трубы с приваренными соединительными концами имеют равнопроходной канал по всей длине труб. Для их присоединения используется крупная замковая резьба.
В бурильных трубах с блокирующим (стабилизирующим) пояском за счет удлинения у замковых деталей цилиндрической выточки и за счет обточки гладкого пояска на трубе вблизи резьбы достигается плотное сопряжение навинчиваемого в горячем состоянии замка с трубой.
Так как на практике наиболее распространена вышка высотой 41м, позволяющая использовать свечи длиной около 25 м, то бурильные трубы изготовляют длиной 6, 8 и 11,5 м. Поэтому свеча может быть собрана из четырех труб длиной б м каждая, трех труб длиной 8 м каждая или из двух труб длиной 11,5 м. При сборке свечи из четырех бурильных труб длиной 6 м две пары труб соединяются при помощи муфт, а так называемые двухтрубки — с использованием бурильных замков. При сборке свечи из трех бурильных труб длиной 8 м применяют две соединительные муфты и один бурильный замок. Две бурильные трубы длиной 11,5 м соединяют при помощи бурильных замков. Собранные свечи свинчивают также с использованием бурильных замков.
Для соединения бурильных труб с высаженными внутрь концами предназначены два типа замков:
1) ЗШ — с диаметром проходного сечения, близким к диаметру проходного сечения высаженных концов бурильных труб;
2) ЗН — с диаметром проходного сечения, значительно меньшим диаметра проходного сечения высаженных концов бурильных труб.
Сужение проходного сечения в бурильных замках ЗН значительно увеличивает потери давления при циркуляции промывочной жидкости. Поэтому они мало используются при роторном способе бурения и совсем не применяются в турбинном бурении.
Для соединения бурильных труб с высаженными наружу концами разработаны бурильные замки с увеличенным проходным сечением (типа ЗУ), обеспечивающие нормальные условия проходки скважины при турбинном бурении и бурении с электробуром.
Ниппель и муфта бурильного замка соединены при помощи конической крупной замковой резьбы, а эти детали с бурильными трубами — мелкой трубной резьбой. Крупная замковая резьба со значительной конусностью позволяет многократно свинчивать и развинчивать свечи с незначительной затратой времени. Применение замков для соединения бурильных труб не только ускоряет проведение спускоподъемных операций, но и предотвращает бурильные трубы от преждевременного износа: при наличии замкового соединения ключами захватываются не бурильные трубы, а ниппель и муфта замка. Поэтому бурильные замки изготовляют из более качественного металла.
Утяжеленныебурильные трубы (УБТ)устанавливают над долотом (турбобуром, электробуром) в целях увеличения жесткости нижней части колонны. Их применение позволяет создать нагрузку на долото коротким комплектом соединенных между собой толстостенных труб, что улучшает условия работы бурильной работы.
Изготовляют УБТ двух типов: гладкие по всей длине (рис. 2.10, а) и с конусной проточкой (рис. 2.10, б) для лучшего захвата их клиньями во время спуска и подъема бурильной колонны. Комплект утяжеленных бурильных труб имеет одну наддолотную трубу 2 с выполненной на обоих концах внутренней замковой резьбой и несколько промежуточных труб 1, снабженных на верхнем конце внутренней, а на нижнем — наружной замковой резьбой.
Рис. 2.10. Утяжеленные бурильные трубы |
Переводники предназначены для соединения элементов бурильной колонны, с различными типами резьбы.
Легкосплавные бурильные трубы.С увеличением глубины скважин стали изыскивать пути уменьшения массы бурильной колонны. Стальные бурильные трубы стали заменять бурильными трубами из алюминиевых сплавов. Выпускаются легкосплавные бурильные трубы с высаженными внутрь концами диаметрами 73, 93, 114 и 147 мм. На концах этих труб нарезается стандартная трубная резьба. Свинчиваются они при помощи стальных бурильных замков особой конструкции. Применение легкосплавных бурильных труб позволило уменьшить массу колонны примерно в 2 раза.
Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 989;