Ловильные работы
 Скачать 75.49 Kb.
|
|
1.2 Авария с бурильными трубами Буровые предприятия оснащаются бурильными трубами как с приваренными соединительными концами, так и сборной конструкции, изготовляемыми из стали или легких сплавов. Бурильные трубы с приваренными соединительными концами во время эксплуатации ломаются по сварному шву и телу. Распространенная причина аварий с трубами по сварному шву и телу -- промывы в местах наличия дефектов (посторонние включения в металле, расслоения, раковины и т.д.). Аварии с трубами в виде поломок их по сварным швам могут быть вызваны также недоброкачественным изготовлением труб, т.е. отсутствием соосности трубы и привариваемого полузамка, низкой ударной вязкостью сварного шва по сравнению с ударной вязкостью металла трубы, что объясняется образованием (в большинстве случаев в сварном соединении) окисных пленок, трудностью получения высококачественной термической обработки сварного шва, недостаточной площадью сварного шва по сравнению с площадью сечения труб. Основная причина многих аварий со сломом труб по сварным швам и телу -использование труб не по назначению, например бурение с применением труб III класса в интервалах, где по расчетам следует устанавливать трубы I и II классов или бурить роторным способом с трубами типа ТБПВ: Если крутя-щие моменты очень велики, то возможно разрушение труб по спирали и в поперечном направлении. Спиральный слом труб возникает в скважинах, диаметр которых не более чем на 100 мм превышает диаметр бурильных труб, причем чаще всего слом приходится на обсаженный участок скважины. При спиральном сломе труба разрушается по винтовой линии. Он возникает от поперечной трещины на поверхности трубы и имеет усталостный характер. Направление спирали совпадает с направлением вращения бурильной колонны. Угол подъема спирали составляет приблизительно 45° к оси трубы, что соответствует наибольшим нормальным напряжениям при кручении. Широко распространен поперечный излом труб, вызванный концентрацией напряжений в местах повреждений особенно от работы клиньями ПКР, а также на участках с дефектами проката. В зоне сварки и ее термического влияния развивается усталость металла, приводящая к поперечному излому труб. В поперечном направлении трубы ломаются и от скручивания в результате приложения чрезмерных крутящих моментов. В месте слома труба имеет форму скручивания по спирали, однако ломаются трубы по спирали и в поперечном направлении в основном при ликвидации аварий. В продольном направлении трубы ломаются, как правило, из-за дефектов изготовления труб, т.е. при наличии в теле трубы раковин и других дефектов, а также из-за нарушения режима проката и термообработки, которые образуют значительные внутренние напряжения, приводящие к усталостным поломкам. Бурильные трубы сборной конструкции, имеющие на концах утолщения с конической резьбой, широко применяются, хотя конструкция их неудачна. Помимо поломок, присущих трубам с приваренными замками (промыва труб в зоне дефектов, разрушения по спирали и в поперечном направлении), бурильным трубам сборной конструкции свойственны поломки, приуроченные к утолщениям и нарезке трубной резьбы на концах труб. Технология изготовления труб с утолщениями на концах не позволяет достигнуть равномерного охлаждения трубы во время закалки, и, как следствие, образуются мелкие трещины, направленные вдоль и поперек трубы, которые способствуют ускоренному развитию усталости. В соединении труба -- замок концентрируются большие напряжения со знакопеременными нагрузками. Наибольшие напряжения концентрируются около первого витка резьбы на трубе, находящегося в полном сопряжении с резьбой бурильного замка. Такая концентрация напряжений в соединении замок - труба и наличие микротрещин от закалки трубы приводят во время работы к поломкам, приуроченным к этому участку трубы. Сломы по утолщенному концу происходят и на других участках резьбы, находящихся рядом с первым витком полного сопряжения. Увеличение толщины стенки трубы в зоне резьбы не предохраняет от распространения трещин в теле трубы, а как бы увеличивает время работы трубы до излома. Для труб из легких сплавов (ЛБТ) сборной конструкции характерны аварии, присущие стальным трубам сборной конструкции. Помимо этого, для них свойственно развитие эрозии вблизи муфт соединений, которые при ослаблении их прочности приводят к разрушению. Эрозия возникает под действием турбулентного движения промывочной жидкости в зоне муфтовых и замковых соединений, где внутренняя поверхность более шероховата, чем в остальной части трубы. Кроме того, конструкция муфтовых и замковых соединений труб способствует образованию местных сопротивлений, а следовательно, и более сложному характеру движения жидкости, которая интенсивно размывает трубу на этом участке. Кроме того, ЛБТ ломаются из-за несвоевременного выявления износа тела трубы. Бурильные замки и соединительные муфты разрушаются по телу при ликвидации аварий вследствие приложения значительных нагрузок. Концы разрушенных деталей имеют увеличенные диаметры и воронкообразную форму. Такие аварии происходят в основном с бурильными замками диаметром 118 мм и менее, а также с соединительными муфтами диаметром 140 мм и менее. Разрушение муфт и замков по телу в поперечном направлении отмечается также при неправильной их термической обработке: торцы сломанных деталей в поперечном направлении обладают мелкозернистой структурой. В утяжеленных бурильных трубах и переводниках так же, как и в бурильных замках, отламываются кольца ниппеля и муфты. Причины этих поломок аналогичны причинам слома замковых деталей по резьбе и труб по утолщенному концу. Срыв резьбы Наиболее часто аварии происходят из-за срыва замковой резьбы в бурильных замках, УБТ и переводниках. Основные причины разрушения замковых резьбовых соединений - их размыв и износ после многократного свинчивания и развинчивания. При работе на забое бурильная колонна подвергается различным знакопеременным напряжениям, отчего одна часть резьбового соединения перемещается по другой. Нагрузки, передаваемые на резьбу, зависят от степени жесткости и плотности свинчивания. Недокрепление соединения способствует интенсивному перемещению плоскостей резьбы относительно друг друга, что ускоряет износ резьбы. На износ резьбы влияют также качество и давление промывочной жидкости в момент прокачки. Чем больше давление в жидкости и чем больше в ней инородных тел, обладающих абразивными свойствами, тем скорее изнашивается резьба. В результате размыва плоскость соприкосновения витков резьбы уменьшается, увеличиваются силы, действующие на ослабленную резьбу, и она разрушается. Неотцентрированный фонарь вышки, а также недоброкачественная смазка труб способствуют ускорению износа резьб при свинчивании. Большое число аварий с утяжеленными бурильными трубами происходит также вследствие разрушения резьбовых соединений, поскольку они работают в более тяжелых условиях, чем замковые соединения бурильных труб. К тому же резьбовые соединения в УБТ менее прочны, чем в замках, переводниках и долотах. Резьбовые соединения разрушаются вследствие заедания трубной резьбы под действием на нее увеличенных нагрузки и температуры, возникающих на поверхности резьбы в процессе свинчивания и работы замка в скважине. Разрушения резьбовых соединений также могут быть вызваны несоответствием размеров элементов резьбы (особенно по конусности), поскольку значительные отклонения размеров приводят к неравномерному распределению нагрузки по ее виткам и, следовательно, к интенсивному износу. Падение колонны труб в скважину в основном происходят вследствие нарушения технических и неисправностей. Наиболее часто встречаются следующие нарушения и неисправности: 1) подъем бурильной колонны на одном штропе; 2) несоответствие грузоподъемности элеватора массе колонны и наличие трещин в верхней проушине; 3) слабое крепление защелки элеватора завода "Красное Сормово", в результате чего при отходе элеватора от муфты защелка открывается и колонна падает в скважину; 4) несовершенство конструкции защелки подъемного крюка; 5) поломка боковых серег и ствола крюка; 6) неисправность тормозной системы -- разрыв тормозной ленты и тормозного шкива, чрезмерный износ тормозных колодок, отключение гидродинамического тормоза, износ шарнирных соединений тормозной системы, заклинивание тормозного рычага, неисправность предохранительного устройства тормозного рычага, нарушение резьбового соединения натяжных болтов тормозной ленты; 7) слом и разрушение сопряжений элементов бурильной колонны во время спускоподъемных операций вследствие динамических напряжений, возникающих при резкой посадке колонны на ротор или на уступ; 8) работы штропами несоответствующей грузоподъемности и при наличии износа выше нормы. В процессе эксплуатации поломки и разрушения сопряжений элементов бурильной колонны происходят в местах ослабленной прочности трубы или соединения. 1.3 Аварии с ведущими трубами Ведущие трубы применяются цельные и сборной конструкции. Цельная ведущая труба на концах имеет высадки, на которых вверху нарезается внутренняя замковая левая резьба, а на нижнем конце -наружная замковая правая резьба. Ведущая труба сборной конструкции состоит из квадратной штанги и переводников. На концах квадратной штанги нарезается наружная коническая резьба с шагом 8 ниток на длине 25,4 мм и конусностью 1:16 с левым направлением резьбы вверху и с правым направлением нарезки резьбы внизу. На резьбы соответственно навинчиваются переводники под замковую резьбу. С цельными ведущими трубами отмечены единичные аварии. Они, как правило, вызваны длительной работой с ведущей трубой без дефектоскопических проверок. Поломки приходятся на тело в зоне резьбы ниппеля и очень редко по муфте. Ведущие трубы сборной конструкции ломаются в зоне конической резьбы и, за редким исключением, на участке, прилегающем к ней. Поломка приходится на первый виток полного сопряжения резьбы, обычно на 5-6 нитке от торца ведущей трубы. Развитию усталости и последующей поломке трубы способствует несовершенство конструкции соединения ведущей трубы с переводником. На ускоренное развитие усталости этого узла влияют переменные нагрузки, неравномерный характер распределения которых по резьбе приводит к концентрации напряжений во впадинах и отклонению элементов резьбы. Аварии с породоразрушающим инструментом В зависимости от типа долота различают следующие виды аварий. 1. Аварии с шарошечными долотами - отвинчивание долот и их поломка. Отвинчивание происходит в результате нарушения правил крепления или спуска долота, а также при использовании переводников на долото с несоответствующей резьбой (когда переводники изготовляются в механических мастерских без соответствующей проверки резьбы калибрами). Причины поломок долот: передвижка на забое; бурение с нагрузками, превышающими допустимые; удар долотом о забой или уступ; разбуривание пород долотами, не соответствующими их крепости; малая прочность опор; слабая прочность сварных швов; заклинивание долот; дефекты нарезки резьбы; неплотное прилегание заплечиков лап долота к торцу переводника; работа долотами по металлу; длительная промывка скважины перед подъемом сработанного долота. В результате аварий с долотами в скважине чаще всего остаются шарошки долот. Это связано в основном со значительным износом опор, недостаточным сроком их работы даже в пределах, предусматриваемых конструкцией долот и режимами работы последних в скважине. Долговечность опоры долота зависит от интенсивности изнашивания и разрушения поверхностей цапфы, шарошки и тел качения. Исследования, проведенные В.Н. Виноградовым, Г.М. Сорокиным и А.Н.Пашковым, показали, что характер изнашивания и разрушения этих поверхностей различен. Как отмечают авторы, это связано с неравномерным и сложным нагружением различных участков поверхностей опоры, а также с конструкцией, технологией изготовления и размерами долот. При этом трущиеся поверхности опоры подвергаются одновременно абразивному износу, осповидному, хрупкому и усталостному выкрашиванию, смятию, окислительному и тепловому износу и высокотемпературным ожогам в микрообъемах металла и в присутствии промывочных жидкостей под высоким давлением. Одновременное развитие этих процессов, недоброкачественная сборка долот, различие механических свойств металла опор и шарошек, а также отдельные несовершенства конструкции долот приводят к неравномерной сработке опор и вооружения долот и к большому различию их износостойкости. Все это создает трудности в определении качества сработки долот, оптимального и предельного времени пребывания долота на забое, особенно при турбинном бурении. 2. Аварии с алмазными долотами - заклинивание долот при спускоподъемных операциях и бурении, отвинчивание долот. Причинами заклинивания алмазных долот являются: резкая посадка долота в зоне Сужения ствола скважины и ее призабойной зоне в результате спуска долота без ограничения скорости, особенно в необсаженной части ствола скважины; преждевременное прекращение циркуляции промывочной жидкости перед подъемом бурильной колонны с алмазным долотом (чаще во время процесса наращивания); недостаточная промывка скважины через долото (утечки промывочной жидкости через негерметичные участки бурильной колонны и ниппель турбобура), а также вследствие малой подачи промывочной жидкости насосами; бурение скважины при несоответствии размеров долота, утяжеленных бурильных труб и забойного двигателя (если такой применяется при бурении); заклинивание долот инородными предметами (металл и куски породы). Относительно часто наблюдаются случаи заклинивания ступенчатых долот вследствие наличия у них большой калибрующей поверхности секторов, отчего достигается большой контакт со стенками скважины. Часто новые алмазные долота заклиниваются при спусках в скважину после работы трехшарошечными долотами и при длительной работе алмазным долотом без подъема из скважины. Заклиниванию алмазного долота нередко способствуют сальники. Алмазные долота отвинчиваются, как и другие рассмотренные виды долот. При бурении скважин из алмазных долот могут выпадать алмазы в результате недостаточного их крепления, а также вследствие изнашивания тела долота. Выпавшие алмазы крошат другие алмазы в долоте, что может привести в негодность все долото. Применение долот режущего типа сопровождается меньшим числом аварий по сравнению с шарошечными долотами. Аварии фактически единичны, но все же происходят. 3. Аварии с долотами режущего типа (лопастными) -- отвинчивание долота, излом лопастей долота, поломка корпуса. Эти долота отвинчиваются по тем же причинам, что и шарошечные. Лопасти ломаются в результате неплотного их присоединения к корпусу или вследствие заклинивания долота, вызванного несоответствующим режимом его работы на забое. Поломка корпуса вызвана рассмотренными выше причинами. Падение в скважину посторонних предметов Над устьем скважины работают разнообразными инструментами, механизмами, люди разной квалификации, в разных климатических условиях, при разном ритме и темпе работ. Работы ведутся круглые сутки. Все указанные специфические условия работ не исключают возникновения ошибок, которые приводят к падению инструмента, частей механизмов и приборов через устье в скважину. В практике отмечаются следующие многократно повторяющиеся случаи падения предметов. Во время подъема бурильной колонны ведущей трубой поднимается вкладыш ротора вместе с клином. При выходе из ротора вкладыш отодвигается по столу ротора, а освободившийся клин падает в скважину. Это характерный и самый распространенный случай падения предметов в скважину. Аварии способствует эксцентричность ротора или вышки по отношению к скважине. При спуске колонны бурильная труба резко сажается в пневматические клинья ротора (ПКР). В результате клин разрушается или срывается и падает в скважину. Часто клинья ПКР падают в скважину в результате удара их о бурильный замок, ствол вертлюга; проворота и расхаживания забойных двигателей на клиньях ПКР; срыва клина ПКР при подъеме снаряда "Недра". Иногда при извлечении ПКР из ротора с помощью талевой системы одна или две параллели выходят из направляющих и падают в скважину. Во всех этих случаях в скважину падают целые клинья или части их и сухари. Во время спуска бурильных и обсадных колонн часто происходит заклинивание труб челюстями автоматических ключей (АКБ), как правило, из-за их неисправности. Во время свинчивания насосно-компрессорных труб автоматическим приводом ротора (АПР) в скважину падает сухарь подвески АПР и заклинивает колонну; нередко падает шток бурового насоса, который использовался как вспомогательный инструмент при оборудовании устья. Очень часто в скважину падают кувалды, цепные ключи, ломы при работе ими над ротором при незакрытой скважине. Так, бурильщик пытался сбить приподнятую над ротором долотную доску с заклиненным в ней долотом, но при нанесении очередного удара кувалда вырвалась из рук и упала в скважину. В другом случае кувалда упала в скважину при попытках расходить шарошки долота ударами по ним кувалдой (последнее категорически запрещается). Кувалда скользнула по шарошке и вырвалась из рук. Многие попытки расходить кувалдой элеватор, особенно обмерзший, и другой спускоподъемный инструмент над открытой скважиной, а также использование кувалд для ударов по резьбовым соединениям с целью облегчения развинчивания приводят к падению кувалд в скважину. Известен даже случай падения элеватора в скважину. Как видно из изложенного, причинами падения посторонних предметов в скважину являются: нарушения правил эксплуатации инструментов, устройств и механизмов, с которыми ведутся работы на устье; применение неисправного вспомогательного инструмента; отсутствие на устье устройств для предупреждения попадания различных предметов в скважину, хотя бы для перекрытия кольцевого пространства между обсадной и бурильными колоннами в процессе спускоподъем-ных операций, несоосность устья скважины с буровой вышкой. Редко аварии происходят из-за несовершенства конструкции инструментов. Невнимательность членов буровой бригады является во многих случаях причиной возникновения аварий этого вида. |