Разработка метода снижения износа обсадных труб
|
ВВЕДЕНИЕ 6
Глава 1. Причины возникновения износа обсадных колонн и методы их устранения 7
1.1. Причины износа и методы защиты обсадных колонн 7
1.2. Причины износа истиранием и методы защиты 10
1.3. Существующие методы защиты стенок обсадных колонн 12
1.4. Выводы к главе 1 . Постановка целей и задач работы 25
Глава 2. Разработка протекторной защиты для уменьшения износа обсадных колонн 27
2.1. Прототипы протекторов 27
2.2. Модернизация протектора 29
2.3. Сплавы металлов, применяемые для изготовления протекторов 31
2.3.1. Магниевые сплавы 32
2.3.2. Алюминиевые сплавы 33
2.3.3. Цинковые сплавы 34
2.4. Материалы на основе полимеров 35
Глава 3. Обоснование выбора бурового оборудования 41
3.1. Расчет обсадных колонн 41
3.1.1 Расчет эксплуатационной колонны 41
3.1.2. Расчет второй промежуточной колонны 44
3.1.3. Расчет первой промежуточной колонны 48
3.1.4. Выбор бурового оборудования 51
3.2. Расчет обсадных труб на внутреннее давление 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 56
Глава 1. Причины возникновения износа обсадных колонн и методы их устранения 7
1.1. Причины износа и методы защиты обсадных колонн 7
1.2. Причины износа истиранием и методы защиты 10
1.3. Существующие методы защиты стенок обсадных колонн 12
1.4. Выводы к главе 1 . Постановка целей и задач работы 25
Глава 2. Разработка протекторной защиты для уменьшения износа обсадных колонн 27
2.1. Прототипы протекторов 27
2.2. Модернизация протектора 29
2.3. Сплавы металлов, применяемые для изготовления протекторов 31
2.3.1. Магниевые сплавы 32
2.3.2. Алюминиевые сплавы 33
2.3.3. Цинковые сплавы 34
2.4. Материалы на основе полимеров 35
Глава 3. Обоснование выбора бурового оборудования 41
3.1. Расчет обсадных колонн 41
3.1.1 Расчет эксплуатационной колонны 41
3.1.2. Расчет второй промежуточной колонны 44
3.1.3. Расчет первой промежуточной колонны 48
3.1.4. Выбор бурового оборудования 51
3.2. Расчет обсадных труб на внутреннее давление 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: 56
Благодаря запасам природного газа и нефти, развиваются отрасли газовой и нефтяной промышленности, это ведет к увеличению объемов работ по проводке глубоких скважин в сложных геологических условиях. Также идет освоение новых месторождений в районах крайнего Севера, в Средней Азии, в Сибири, в шельфовых зонах морей и океанах.
Наиболее распространенными авариями среди других видов аварий является нарушение герметичности обсадных колонн. Они встречаются в процессе эксплуатации и освоения скважины, так же при спуске и крепления колонны. Аварии с обсадными колоннами, в особенности при больших глубинах скважин, вызывают серьезные осложнения, снижают производственные показатели буровых предприятий и отрицательно сказываются на себестоимости буровых работ.
Причинами нарушения герметичности обсадных колонн являются: нарушения под действием внутренних давлений, дефекты металлургического происхождения - плены, закаты металла, трещины или не снятые термообработкой большие внутренние напряжения, дефект заводского характера, резкое изменение температуры скважины, абразивные свойства промывочных буровых растворов, коррозия, физико-механические свойства трубных сталей, режимы движения бурильных труб в обсадной колонне, контактные прижимающие усилия, угол искривления и азимут ствола скважины [1].
В последние годы все более широкое развитие получает метод бурения наклонно-направленных скважин кустовым способом, при котором значительно возрастает количество спуско-подъемных операций в условиях повышенных значений контактных прижимающих усилий. Это, в свою очередь, вызывает более интенсивный износ обсадных колонн при поступательном движении бурильной колонны [2]. Большое число спуско-подъемных операций, особенно на участке интенсивного искривления ствола скважины, приводит к механическому истиранию стенок обсадной колонны. Максимальный износ обычно происходит из-за касания замков бурильных труб, скользящих по стенкам обсадных труб (рис.1). Немаловажная роль принадлежит контактному давлению, возникающему при их соприкосновении. Величина контактного давления будет зависеть от натяжения бурильной колонны и степени интенсивности резких перегибов в зоне контакта.
В случае, если происходит увеличение натяжения бурильной колонны или повышается интенсивность резких перегибов ствола, то контактное давление будут повышаться. При этом самым нежелательным сочетанием условий эксплуатации является большая растягивающая нагрузка на трубы или резкий перегиб ствола в той точке колонны, где имеет место интенсивное вращение бурильных труб.
Наиболее распространенными авариями среди других видов аварий является нарушение герметичности обсадных колонн. Они встречаются в процессе эксплуатации и освоения скважины, так же при спуске и крепления колонны. Аварии с обсадными колоннами, в особенности при больших глубинах скважин, вызывают серьезные осложнения, снижают производственные показатели буровых предприятий и отрицательно сказываются на себестоимости буровых работ.
Причинами нарушения герметичности обсадных колонн являются: нарушения под действием внутренних давлений, дефекты металлургического происхождения - плены, закаты металла, трещины или не снятые термообработкой большие внутренние напряжения, дефект заводского характера, резкое изменение температуры скважины, абразивные свойства промывочных буровых растворов, коррозия, физико-механические свойства трубных сталей, режимы движения бурильных труб в обсадной колонне, контактные прижимающие усилия, угол искривления и азимут ствола скважины [1].
В последние годы все более широкое развитие получает метод бурения наклонно-направленных скважин кустовым способом, при котором значительно возрастает количество спуско-подъемных операций в условиях повышенных значений контактных прижимающих усилий. Это, в свою очередь, вызывает более интенсивный износ обсадных колонн при поступательном движении бурильной колонны [2]. Большое число спуско-подъемных операций, особенно на участке интенсивного искривления ствола скважины, приводит к механическому истиранию стенок обсадной колонны. Максимальный износ обычно происходит из-за касания замков бурильных труб, скользящих по стенкам обсадных труб (рис.1). Немаловажная роль принадлежит контактному давлению, возникающему при их соприкосновении. Величина контактного давления будет зависеть от натяжения бурильной колонны и степени интенсивности резких перегибов в зоне контакта.
В случае, если происходит увеличение натяжения бурильной колонны или повышается интенсивность резких перегибов ствола, то контактное давление будут повышаться. При этом самым нежелательным сочетанием условий эксплуатации является большая растягивающая нагрузка на трубы или резкий перегиб ствола в той точке колонны, где имеет место интенсивное вращение бурильных труб.
Протирание колонн ведет к разрушению резьбового соединения труб, их смятию, и создаются препятствия свободному прохождению бурильной колонны. Согласно анализу причин истирания стенок обсадных труб, выполненных на основе результатов ремонтно-восстановительных работ, было установлено, что чем больше выход бурильной колонны из-под башмака предыдущей обсадной колонны и чем больше кривизна скважины, тем больше вероятность протирания обсадной колонны [22]. Бурильная колонна вырабатывает в стенках обсадной колонны при спускоподъемных операциях односторонний желоб, поперечное сечение которого представляет собой круг диаметром, равным диаметру бурильных замков эксплуатирующейся бурильной колонны. Протирание таких колонн может быть обнаружено только при проведении геофизических работ в скважине.
Протирание стенок труб обсадных колонн в значительной степени зависит от использования на бурильных трубах предохранительных резиновых колец, протекторов, закрепленных по длине трубы. Их отсутствие, особенно при бурении и эксплуатации наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, приводит к значительному увеличению износа обсадных труб [21,23]. При установке на бурильные трубы протектор выступает за наружный диаметр замковых соединений, тем самым предотвращая металлический контакт со стенками обсадной колонны. Это снижает величину контактного давления, а отсутствие непосредственного контакта стенок трубы с бурильными замками практически полностью исключают износ последних.
Однако, протекторы сами подвергаются постоянной нагрузке при трении о стенки труб. Циклическое действие сил при спуске и подъеме бурового инструмента, воздействие абразивных частиц, значительные силы трения приводит к их частому износу.
Целью данной работы было нахождении эффективного способа защиты обсадных труб от износа элементами бурильных труб и их соединениями и создания более благоприятных эксплуатационных условий разработки скважины при спуско-подъемных операциях.
Для этого в данной работе:
1) Проведен информационно-патентный анализ причин износа внутренних стенок обсадных колонн и методов его снижения.
2) Рассмотрен метод применения протекторной защиты для снижения износа, изучены отечественные и зарубежные конструкции протекторов и протекторов-центраторов.
3) Рассмотрено и представлено: 10 патентов отечественного
производства, 2 протектора зарубежного происхождения, 2 протектора- центратора применяемые в настоящий период.
4) Отобраны наиболее актуальные прототипы с целью модернизации его конструкции. На основе их разработана конструкция протектора для установки перед замковым соединением бурильных труб, более удобная и упрощенная.
Протирание стенок труб обсадных колонн в значительной степени зависит от использования на бурильных трубах предохранительных резиновых колец, протекторов, закрепленных по длине трубы. Их отсутствие, особенно при бурении и эксплуатации наклонных и горизонтальных нефтяных и газовых скважин, приводит к значительному увеличению износа обсадных труб [21,23]. При установке на бурильные трубы протектор выступает за наружный диаметр замковых соединений, тем самым предотвращая металлический контакт со стенками обсадной колонны. Это снижает величину контактного давления, а отсутствие непосредственного контакта стенок трубы с бурильными замками практически полностью исключают износ последних.
Однако, протекторы сами подвергаются постоянной нагрузке при трении о стенки труб. Циклическое действие сил при спуске и подъеме бурового инструмента, воздействие абразивных частиц, значительные силы трения приводит к их частому износу.
Целью данной работы было нахождении эффективного способа защиты обсадных труб от износа элементами бурильных труб и их соединениями и создания более благоприятных эксплуатационных условий разработки скважины при спуско-подъемных операциях.
Для этого в данной работе:
1) Проведен информационно-патентный анализ причин износа внутренних стенок обсадных колонн и методов его снижения.
2) Рассмотрен метод применения протекторной защиты для снижения износа, изучены отечественные и зарубежные конструкции протекторов и протекторов-центраторов.
3) Рассмотрено и представлено: 10 патентов отечественного
производства, 2 протектора зарубежного происхождения, 2 протектора- центратора применяемые в настоящий период.
4) Отобраны наиболее актуальные прототипы с целью модернизации его конструкции. На основе их разработана конструкция протектора для установки перед замковым соединением бурильных труб, более удобная и упрощенная.
Подобные работы
- Исследование и анализ рисков при освоении нефтегазовых месторождений (на примере ООО ''Траектория-Сервис'')
Магистерская диссертация, техносферная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4930 р. Год сдачи: 2017 - Выбор роторно-управляемой системы для бурения нефтяных скважин
Дипломные работы, ВКР, бурение нефтяных и газовых скважин. Язык работы: Русский. Цена: 2400 р. Год сдачи: 2022 - Совершенствование системы материально-технического
снабжения предприятия на примере ОАО СинТЗ
Магистерская диссертация, менеджмент. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2015