ВВЕДЕНИЕ 3
1 Состояние вопроса 6
1.1 Назначение и состав бурильной колонны 6
1.2 Сварные швы трубы и замка 18
1.3 Задачи работы 27
2 Методика исследований 30
2.1 Методика испытания бурильных труб на растяжение и изгиб 30
2.2 Методика испытания сварных швов бурильных труб на усталостную прочность 33
3 Результаты исследований 51
3.1 Статистическая обработка результатов исследований 51
3.2 Результаты испытаний бурильных труб на растяжение и изгиб 52
3.3 Результаты исследований усталостной прочности 54
4 Технологические рекомендации предприятиям изготовителям бурильных труб 65
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 68
В настоящее время важнейшими товарами Российской Федерации на мировом рынке являются нефть и газ. Также они являются сырьем для многих предприятий в самой России, например, топливно-энергетического комплекса, нефтехимической промышленности. Таким образом, эффективная добыча и транспортировка нефти и газа к потребителю (или покупателю) является актуальной как для нефтегазовой отрасли так и для экономики всей страны.
Главным рабочим инструментом бурильщиков является бурильная колонна с закрепленным на ней долотом. Сама по себе бурильная колонна - дорогостоящий компонент бурильного процесса. При морском бурении стоимость бурильных колонн приближается к стоимости всей буровой установки.
К особенностям бурильной колонны следует отнести ее большую протяженность при малых размерах ее поперечного сечения. Кроме того, бурильная колонна работает в тяжелых, агрессивных условиях. На бурильные трубы действует ряд нагрузок, а также оказывает влияние буровой раствор, содержащий абразивные и химически активные составляющие, которые движутся с внушительной скоростью в трубах и затрубном пространстве.
При этом, максимально действие бурового раствора на бурильные трубы на участках с большим уходом от вертикали и, естественно, горизонтальным зонам.
Кроме того, работа бурильной колонны ведется в условиях абразивного изнашивания, в качестве контртела выступают горные породы, закрепленный абразив. Не исключается возникновение т.н. «прихватов» - бурильная колонна на некоторой длине прочно связывается со стенками скважины корками глинистого раствора или осыпавшейся породой.
Причем, процесс проходки скважины характеризуется постоянными операциями спуска-подъема бурильных колонн, сопровождающимися операциями развинчивания и последующего свинчивания бурильных труб. Таким образом, на бурильные трубы действуют знакопеременные нагрузки.
Вместе с тем, как показала практика, самыми слабыми элементами бурильной колонны являются замковые резьбовые соединения. Замковые резьбовые соединения крепятся к трубе посредством сварки.
С учетом изложенного определим цель работы - повышение качества сварных соединений бурильной трубы и замка.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие основные задачи:
• выполнить анализ условий эксплуатации бурильной колонны;
• выполнить анализ применяемого способа соединения замка и бурильной трубы;
• разработать методику проведения экспериментальных исследований прочности соединения замка и бурильной трубы ;
• выполнить эксперименты и оценить их результаты;
• разработать практические рекомендации для внедрения в производство бурильных труб.
Поставленные задачи определили структуру магистерской диссертации, которая состоит из введения, двух глав, заключения.
Предмет и объект исследования определяется тематикой работы, ее целью и задачами.
Предметом исследования являются сварные соединения замка и бурильной трубы.
Объектом исследования выступают механические характеристики сварного шва замка и бурильной трубы.
Теоретической, методологической и информационной базой исследования послужили:
• государственные и отраслевые стандарты, нормативные документы;
• труды российских и зарубежных специалистов в области сварки и исследований характерстик сварных соединений;
• научные статьи в современной периодической печати;
• данные официальных сайтов промышленных учреждений и информационно-аналитических агентств.
В процессе выполнения магистерской диссертационной работы применяли общенаучные и специальные методы познания, а именно системный анализ как методология постановки и подхода к решению проблемы в целом, приемы логического и сравнительного анализа и синтеза, методы сравнений, абстрактно-логических суждений.
Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в том, что удалось выявить закономерности, связывающие технологические параметры выполнения сварных соединений замков трубы и бурильных труб и эксплуатационные характеристики получаемых сварных соединений.
Практическая значимость исследований заключается в том, что сделанные по их результатам выводы и рекомендации ориентированы на конкретное внедрение на предприятиях производящих трубы для буровых установок.
Анализ эксплуатации труб бурильных выявил их разрушение, особенно при проходке горизонтальных скважин, по сварному шву, соединяющему тело трубы и замок.
В качестве рабочей гипотезы была принята гипотеза усталостного разрушения. Выполненный анализ особенностей усталостного разрушения материалов, позволил сделать вывод, о необходимости минимизации количества дефектов в сварном соединении.
В рамках проверки данной гипотезы исследовали прочность бурильных труб при статическом растяжении и изгибе, а также прочность вырезанных из труб образцов при знакопеременных нагрузках.
Результаты исследований показали, что при статических нагрузках разрушение исследуемых фрагментов сварных труб происходит по основному металлу.
Выполненные исследования прочности образцов, вырезанных из сварных швов, показали на необходимость коррекции применяемых в настоящее время на предприятиях изготовителях режимов получения сварных соединений. Требуется незначительное, 10% уменьшение давления нагрева, и увеличение около 8% давления сжатия. Коррекция режимов в указанном направлении обеспечивает увеличение усталостной прочности 10-12%.
Таким образом, можно сделать вывод, что цель работы, повышение качества сварных соединений бурильной трубы и замка, достигнута.
