Условия и особенности работы бурильной колонны в скважинах сложного профиля
В процессе бурения глубоких нефтяных и газовых скважин бурильная колонна, простирающаяся от устья до забоя и имеющая длину в сотни и тысячи метров, подвергается действию различных по величине и характеру нагрузок, которые определяются множеством факторов: текущей глубиной скважины, компоновкой самой колонны, режимно-технологическими параметрами, конфигурацией различных участков скважины, т.е. типом ее профиля, и др. Поскольку бурильная колонна составляется из элементов с различными геометрическими и массовыми характеристиками, то по мере углубления скважины они проходят последовательно через интервалы, имеющие различную конфигурацию в соответствии с профилем скважины. Кроме того, с глубиной, как правило, изменяются также компоновка бурильной колонны и ее низа и в целом технология бурения. Соответственно, изменяются и нагрузки на ее элементы. Все эти факторы должны учитываться еще на стадии проектирования компоновки бурильной колонны в последующих проверочных расчетах.
Основные виды нагрузок, действующих на бурильную колонну
Различные участки бурильной колонны одновременно или в разные моменты времени, в зависимости от вида выполняемых в скважине работ, подвергаются нагрузкам, действующим в различных сочетаниях, таких как:
– растягивающие и сжимающие нагрузки, обусловленные собственным весом колонны и силами трения;
|
|
|
– дополнительные растягивающие нагрузки, вызываемые перепадами
потерями давления в элементах циркуляционной системы;
– внутреннее избыточное давление, создающее разрывающие усилия;
– наружное избыточное давление, стремящееся смять бурильные трубы;
– изгибающие моменты, обусловленные искривленностью отдельных участков скважины и/или продольным изгибом из-за потери устойчи-вости труб;
– крутящий момент при бурении с постоянным или кратковременно-периодическим вращением бурильной колонны или реактивный мо-мент при бурении без вращения труб;
– радиальные (сминающие) усилия при зажиме труб в клиновых захватах.
При всем многообразии видов работ, проводящихся в скважине, наи-более продолжительными и ответственными являются работы по углубле-нию скважины и СПО.
Условия работы бурильных труб и всех других элементов бурильной колонны в процессе бурения и СПО существенно различны.
В процессе подъема бурильной колонны все элементы ее компоновки подвергаются действию растягивающих сил, которые обусловлены дейст-вием собственного веса колонны, сил трения, внутреннего избыточного давления и изгибающего момента. Наибольшие осевые растягивающие на-грузки при этом возникают в трубах, расположенных у устья скважины или в начале участка набора зенитного угла, либо в переходных сечениях
|
|
|
составной бурильной колонны в начале ее подъема с промывкой после окончания бурения всей скважины или ее характерных участков.
В процессе спуска бурильной колонны трубы обычно испытывают растягивающие нагрузки, но при больших силах сопротивления движению колонны (при больших конечных зенитных углах) ее нижняя часть на некоторой длине может испытывать также сжимающие нагрузки.
В процессе бурения участки бурильной колонны, расположенные выше σ-нейтрального сечения(т.е.сечения,где нормальные напряжения отсутствуют), подвергаются растягивающим, а ниже него – сжимающим нагрузкам.
В процессе выполнения любых видов работ в скважине любого про-филя с вращением бурильной колонны в элементах последней возникает крутящий момент, наибольшие значения которого при бурении с вращени-ем бурильных труб приходятся на трубы у устья скважины. При выполне-нии тех же работ без вращения труб на них передается реактивный момент, наибольшие значения которого испытывают трубы, расположенные непо-средственно над ЗД.
В процессе бурения скважин с горизонтальными окончаниями (СГО) или боковых стволов (БС) наибольшие сжимающие напряжения возникают трубах, расположенных непосредственно под компоновкой УБТ (КУБТ). Общим и для процесса бурения, и для процесса подъема и/или спуска бурильной колонны с промывкой является то, что на бурильные трубы дополнительно действует гидравлическая нагрузка, обусловленная перепадами и потерями давления из-за гидросопротивлений в различных элементах бурильной колонны.
|
|
|
Бурильные трубы подвергаются также изгибающим моментам. В рас-тянутых трубах они возникают на искривленных участках скважины, а в сжатых – на искривленных и прямолинейных участках из-за потери ус-тойчивости труб.
Наибольшее внутреннее избыточное давление в трубах при наличии циркуляции флюида через бурильную колонну ( в процессе бурения, про-мывки скважины, при исследовании и/или изоляции пластов) всегда возни-кает у устья скважины, а наибольшее наружное избыточное давление – при частичном или полном опорожнении бурильной колонны (при испытании пластов и вызове притока из пласта, а также при секционном спуске об-садной колонны на бурильных трубах с частично или полностью опорож-ненной колонной).
Следует отметить, что подавляющее большинство перечисленных на-грузок носит динамический характер и имеет различную природу возник-новения. Динамические нагрузки возникают главным образом в процессе бурения и СПО, особенно при освобождении бурильной колонны от при-хвата с применением ударных и вибрационных устройств (яссов, вуков, гуков и т.д.).
|
|
|
Хотя динамические нагрузки обычно составляют лишь некоторую часть от общих нагрузок, со временем они способны вызвать усталостное разрушение элементов бурильной колонны.
Величина напряжений , возникающих в бурильной колонне при вы-полнении различных видов работ в скважине, определяется главным обра-зом геометрическими и массовыми характеристиками труб, профилем скважины и силами трения труб о стенки скважины при СПО и в процессе бурения, что в свою очередь зависит от вида вращения и характера изгиба труб ( по плоской или пространственной кривой с образованием соответст-венно полуволн или полувитков), в связи с чем этот вопрос нуждается в особом рассмотрении.
При бурении скважин в море, с плавучих средств, на бурильную ко-лонну действуют дополнительные нагрузки при вертикальных колебаниях
смещениях бурового судна относительно оси скважины в горизонталь-ной плоскости, его бортовых и килевых качках. Величина этих нагрузок зависит от угла наклона судна относительно горизонтальной плоскости, давления волн на судно и водоотделяющую колонну (при ее наличии) конструктивных особенностей последней.
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 518; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!