Породоразрушающий иструмент

Замки для бурильных труб. Они предназначены для соединения в колонну бурильных труб, в зависимости от конструкции которых имеютразные типы (табл. 4.3).

                                           Типы бурильных замков

 

Таблица 4.3

Тип	Наименование	Область применения
ЗН	Замок с нормальным проходным отверстием	Для соединения труб с  высаженными внутрь концами
зш	Замок с широким проходным отверстием	Для соединения труб с  высаженными внутрь и наружу концами
ЗУ	Замок с увеличенным проходным отверстием	То же
зшк	Замок с широким проходным отверстием с конической расточкой	Для соединения труб с высаженным внутрь концами с коническими стабилизирующими поясками
ЗУК	Замок с увеличенным  проходным отверстием с конической расточкой	Для соединения труб с высаженными внутрь и наружу концами с коническими стабилизирующими поясками

 

Замки состоят из двух деталей (рис. 4.4): замкового ниппеля 1 с наружной резьбой и замковой муфты 2 с внутренней крупной резьбой; посредством таких резьб указанные детали соединяются между собой. Для соединения с бурильными трубами на замковых деталях нарезана мелкая трубная резьба.                   а              

  б 

б

                                                                   

 

Рис.4.4.Бурильные замки:

а-типа ЗШ; б-типа ЗН; в-типа ЗУ; 1-нипель; 2-муфт 

Для цельнозамковых сварных труб замок вместо трубной резьбы имеет хвостовик.

Утяжеленные бурильные трубы. УБТ предназначены для установки в нижнюю часть бурильной колонны с целью увеличения ее жесткости, большей устойчивости и передачи нагрузки на долото.

В настоящее время существуют несколько разновидностей УБТ, различающихся по исполнению.

1.Утяжеленные бурильные трубы сбалансированные УБТС2. Они изготовляются из хромоникельмолибденовых сталей и подвергаются термообработке только по концам. Канал УБТ получают сверлением, а механическая обработка обеспечивает необходимую балансировку труб. УБТС2 изготовляются в основном диаметрами 178, 203 и 229 мм.

2.Утяжеленные бурильные трубы горячекатаные. Выпускаются диаметрами 73, 89, 108, 146, 178, 203, 219 и 245 мм. УБТ этого типа изготовляются гладкими по всей длине из сталей групп прочности Д и К. Утяжеленные бурильные трубы (горячекатаные) рекомендуется применять при бурении скважин глубиной 2000...2500 м в несложных геологических условиях.

3.Утяжеленные бурильные трубы с замками УБТСЗ. Иногда при бурении скважин в целях повышения износостойкости резьбы и прочности резьбового соединения, а также облегчения ремонта применяют утяжеленные бурильные трубы с замками с коническими стабилизирующими поясками. Замок УБТСЗ изготовляется высокопрочным с механическими свойствами из стали марок 40ХН 40ХН2МА.

Элементы бурильной колонны. К элементам бурильной колонны относятся: переводники, резиновые кольца, обратные клапаны || опорно-центрирующие элементы.Переводники для бурильных скважин представляют собой разновидность соединительных элементов бурильной колонны .Применяют пять основных типов переводников. Их подразделяют на две группы: штанговые — для соединения трубы бурильной ведущей с вертлюгом и бурильными трубами; промежуточные — для соединения других элементов колонны

По конструкции, материалам и размерам переводники для колонн бурильного инструмента имеют много общего с бурильными замками, а замковые резьбы их одни и те же. Переводники каждого типа и исполнения изготовляют с замковой резьбой как правого, так и левого направления нарезки. Размеры резьбы и требования к ее качеству должны соответствовать ГОСТ 5286 — 75 для бурильных замков.Переводники для бурильных колонн изготовляются в соответствии с требованиями ГОСТ 7360—82Е. Указанный стандарт предусматривает изготовление 90 типоразмеров переводников, которые охватывают практически все необходимые случаи их применения.

Для надевания неразъемных  резиновых колец на бурильные  трубы применяют специальные пневмомашины. Кольца перед надеванием на трубу подогревают в горячей воде при температуре 80...90°С в течение 10... 15 мин. Во избежание повреждения резиновых колец при надевании на трубы очищают заусеницы и острые кромки замков. Для предотвращения перемещения колец по трубе используют клей или другие полимеризующиеся составы.

Резиновые кольца надевают на бурильные трубы вблизи замка. Благодаря тому, что диаметр предохранительного резинового кольца больше диаметра замка, соприкосновение и трение замков труб об обсадные трубы и стенки скважин устраняется, так как резиновое кольцо (протектор) исполняет роль упругой подушки.

Обратные клапаны для  бурильных труб предназначены для предотвращения газонефтеводопроявления из скважины через бурильные трубы в процессе бурения. Из всех используемых в настоящее время конструкций обратных клапанов для бурильных труб наиболее удачной следует признать конструкцию института СевКавНИПИнефть. Этим институтом разработан, изготовляется и поставляется управляемый обратный клапан для бурильных труб.

Клапан устанавливается  в колонне бурильных труб между замковыми соединениями над долотом. Он позволяет осуществлять самозаполнение труб промывочной жидкостью при спуске и производить при необходимости обратную промывку.

Помимо этого установка  управляемого обратного клапана  в колонне бурильных труб позволяет:

оставлять канал труб открытым или закрытым по желанию бурильщика;

импульсом потока сверху открывать или закрывать клапан;

производить в заданном режиме циркуляцию;

производить отбор пластовой  жидкости по каналу бурильных труб;

опускать или поднимать  бурильные трубы под давлением.

Управление  работой клапана осуществляется потоком промы- эчной жидкости, т.е. при движении потока по трубам вниз он гжимает тарелку 3 и жестко связанный с ним шток 12. Шток 12, еремещаясь вниз, одновременно перемещает шарик 14, который аполовину входит в кольцевую проточку на штоке 12 и наполо- ину — в лабиринтный паз, образуемый двумя лабиринтами 13 18. Шарик 14, перекрываясь по кольцевой проточке штока 12, цновременно (при движении штока) двигается по лабиринту, оторый позволяет устанавливать шток 12 соответственно в тарелку 3 следующих положениях.

При прямой промывке тарелка  отжимается потоком из положения  «закрыто» до крайнего нижнего положения, т.е. максимально открытого положения, причем за это время шарик 14 перемещается, перекатываясь по скосу нижней втулки лабиринта 18, из крайнего верхнего до крайнего нижнего положения. И пока осуществляется прямая промывка, канал остается открытым. При прекращении промывки в результате действия пружины 10 шток 12 с тарелкой 3 отжимается вверх, при этом шарик 14, перекатываясь по короткому скосу верхней лабиринтной втулки 13, останавливается на ее упоре, фиксируя клапан в состоянии «открыто». В таком положении клапан позволяет вести обратную циркуляцию, отбор жидкости и т. п. При возобновлении прямой циркуляции тарелка 3 вновь отжимается до крайнего нижнего положения, причем шарик 14 в этом случае перекатывается по другому скосу нижней лабиринтной втулки 18, останавливается в крайнем нижнем положении, что соответствует максимальному открытию клапана. Далее при прекращении промывки под действием пружины 70 шток 12, поднимая шарик 14, натыкаясь на другой длинный скос верхней лабиринтовой втулки 13, отводится им до конечного упора, обеспечивая тем самым перекрытие канала седла и, следовательно, канала бурильных труб.

Очередное возобновление  прямой промывки и его прекращение  соответственно приводит клапан в состояние «открыто», когда можно производить обратную циркуляцию, частичный отбор жидкости и т.п. При бурении скважин без выхода бурового раствора на устье и в других подобных случаях, когда на устье невозможно определить в каком положении находится клапан (закрытом или открытом),

Рис. 4.6. Управляемый обратный клапан для бурильных труб конструкции  СевКавНИПИнефть:

 

1-переводник; 2-гайка;3-тарелка;4-втулка;5-уплотнитель;6,8-кольца;7-седло;9-коржух;10-пружина;11-распорная планка;12-шток;13,18-лабиринтные втулки;14-шарик;15-кольцо проволочное;16-стабилизатор;17-шрифт;19-шайба;20-резиновая шайба;21-винт.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Материалы, применяемые для изготовления элементов колонны бурильного инструмента.

Такими материалами  являются конструкционные среднеуглеродистые и легированные стали. В табл. 4.1 приведены некоторые механические свойства этих сталей.

При изготовлении все  элементы бурильной колонны должны подвергаться термической обработке для улучшения свойств материалов.

Достаточно широко применяются  легкосплавные (облегченные) бурильные  трубы (ЛБТ) из специальных сплавов.

Легкосплавные бурильные трубы. Они предназначаются для бурения гидравлическими забойными двигателями и роторным способом. Выпускаются ЛБТ сборной конструкции гладкие и с протекторным утолщением, беззамковой конструкции, а также для компоновки низа бурильной колонны с увеличенной толщиной стенки. Легкосплавные бурильные трубы изготовляются из алюминиевого сплава Д16 в закаленном и естественно состаренном состоянии Д16Т (табл. 4.9). На ЛБТ навинчиваются стальные замки облегченной конструкции. Шифр стальных облегченных замков: ЗЛ-90, ЗЛ-108, ЗЛ-140, ЗЛ-152, 3JI-172. Здесь цифры обозначают наружный диаметр облегченного замка в миллиметрах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Условия работы колонн  бурильных труб

Бурильная колонна представляет собой вертикальный пустотелый вал с очень большим отношением длины к диаметру. При бурении, спускоподьемных и других операциях этот вал подвергается статическим и динамическим нагрузкам от растяжения, сжатия, продольного и поперечного изгиба, кручения и внутреннего давления. Характер нагрузок, действующих на бурильную колонну, не постоянен, а изменяется по всей длине. Если у забоя скважины действуют главным образом переменные нагрузки, то по мере приближения к устью скважины преобладают постоянные нагрузки.

Отличительная особенность бурильной колонны  — потеря в процессе работы устойчивости, прямолинейной формы, равновесия под действием продольных и поперечных сил и крутящего момента. Ось бурильной колонны в общем случае принимает форму пространственной спирально изогнутой кривой переменного шага, величина которого увеличивается в направлении от забоя к устью скважины.Масса бурильной колонны, вращающий момент, центробежные силы и перепад давления в отверстиях долота создают в дополнение к статическим динамические нагрузки в результате возникающих в процессе бурения осевых и поперечных колебаний колонны. Для гашения этих колебаний применяют амортизирующие устройства, устанавливаемые над долотом. Принцип действия амортизаторов основан на гашении возникающих колебаний эластичными элементами, которыми снабжен этот забойный механизм.При роторном бурении на бурильную колонну действуют следующие основные усилия:

осевое усилие растяжения от собственной массы колонны (наибольшие растягивающие усилия проявляются  возле устья скважины);

осевое усилие сжатия, создаваемое частью массы колонны  и действующее в ее нижней части;

изгибающий момент, возникающий в результате действия центробежных сил в процессе вращения колонны;

крутящий момент, необходимый  для вращения колонны. При бурении  гидравлическими забойными двигателями  бурильная колонна неподвижна. По ней поступает промывочная жидкость к двигателю и долоту, и она воспринимает во время работы турбобура (в случае бурения турбинным способом) его реактивный момент. Так как бурильная колонна неподвижна и всегда, даже при небольшом искривлении ствола, лежит на стенке скважины, то реактивный момент воспринимается только нижней частью бурильной колонны и затухает по мере удаления к верху от турбобура вследствие трения колонны о стенки скважины. Таким образом, при бурении гидравлическими забойными двигателями число оборотов колонны бурильных труб равно нулю и ее можно считать практически разгруженной от действия вращающих моментов.

 

 

 

 

 

 

5. Комплектование и  эксплуатация бурильной колонны

Подготовка бурильных труб к эксплуатации. Все трубы и соединительные элементы (замки, соединительные муфты, переводники), предназначенные для работы в скважинах, перед вводом их в эксплуатацию в соответствии с требованиями государственных стандартов, нормалей и технических условий подвергают на трубных базах внешнему визуальному осмотру, инструментальному обмеру основных размеров и проверке качества нарезки резьбы гладкими и резьбовыми калибрами. Особенно тщательно осматриваются и проверяются резьбовые соединения. Резьба должна быть гладкой, без заусениц, задиров и других дефектов, нарушающих ее непрерывность, плотность и прочность. После осмотра резьбовые соединения обязательно проверяются рабочими калибрами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Разрушение горных пород  является основной операцией при  добыче и переработке полезных ископаемых. В процессе бурения скважин важную роль играет качество проходки бурового долота и качество забоя. Правильный подбор буровых долот для соответствующей горной породы, соблюдение техники бурения и качественной промывки скважин позволяет добиться высокой скорости бурения с минимальными потерями бурового инструмента. Например: для мягких пород при неглубоких скважинах целесообразно использовать лопастные долота, а при бурении твердых и глубоких пород лучше подходят шарошечные или алмазные долота. Интенсивное развитие промышленного и разведочного бурения в настоящее время связано с использованием различного оборудования и инструментов. Применение тех или иных технических средств или технологических мероприятий в конкретных геологических условиях, часто резко различающихся по физико-механическим свойствам пород, обусловливает сложность выбора буровых долот. Поэтому при бурении скважин следует строго соблюдать технику бурения и учитывать особенности типа бурового долота. При несоблюдении техники могут возникнуть осложнения в виде разрушений бурового долота, перегреве, смещения осей шарошечных долот, и вследствие этого, быстрое изнашивание инструмента и проведение дополнительных операций по извлечению поврежденного оборудования из скважины. В настоящее время разрабатываются новые виды долот. С использованием современных технологий производства удается получить долота с высоким сроком службы, большой проходкой и скоростью работы, что позволяет уменьшать энергозатраты на процесс бурения скважин, а также эффективно проводить сверхглубокие и горизонтальные скважины.