Реферат по аварийному инструменту. Реферат осложнения и аварии. Реферат по дисциплине Осложнения и аварии в бурении
 Скачать 2.06 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина
РЕФЕРАТ
Оглавление Введение ….....3 Виды прихватов бурильной колонны, причины возникновения…………………4 Ударные механизмы, разработанные для ликвидации прихватов……………….9 Обоснование положения Яса ……………………………………………………...13 Заключение…………………………………………………………………….…...15 Список использованных источников и литературы …...16 Введение Наиболее сложными и тяжелыми авариями в бурении скважин являются прихваты. Как показывает практика бурения скважин на нефть и газ, применение погружных ударных механизмов позволяет значительно повысить эффективность ведения аварийных работ. Ударные механизмы (яссы) широко применяются при ликвидации прихватов, вызванных заклиниванием, прилипаниями на большую высоту, а также обвалами. При работе с использованием ясса разрушается в зоне заклинивания связь между прихваченной частью колонны и стволом скважины. Наиболее широко применяют такие механизмы, как механический ударный (ГУМ) и вибрационный (ВУК). В каждом нефтедобывающем районе имеются яссы местных конструкций, изготовленные в мастерских или на местных заводах. Для ускорения ликвидации возникшего прихвата в начальной его стадии целесообразно устанавливать механические ударные устройства - яссы в компоновку бурильной колонны, чтобы сразу же при обнаружении прихвата включить механизм в работу, особенно это важно при бурении в осложненных условиях. Виды прихватов, причины их возникновения Если учитывать характеристику удерживающей силы и однородности обстоятельств, которые могли предшествовать возникновению, то причины возникновения прихватов подразделяются на три группы: 1) перепад давления (дифференциальные прихваты); 2) затяжка в желобной выработке, заклинивание колонны труб в суженной части ствола скважины или же посторонним предметом; 3) возникновение осыпей или обвалов, течения (ползучесть) пластичных пород и т.п. Дифференциальный прихват бурильной (обсадной колонны) Дифференциальный прихват возникает, когда под действием разности давлений в скважине и в проницаемом пласте неподвижная бурильная колонна вдавливается в фильтрационную глинистую корку, образовавшуюся на открытой поверхности этого пласта. Трение между бурильной колонной и породой пласта возрастает настолько, что сдвинуть колонну с места становится невозможно. Такие прихваты возникают намного чаще в скважинах, пересекающих истощенные продуктивные пласты. И если бурильная колонна долго остается неподвижной, почти всегда возникает дифференциальный прихват. Дифференциальный прихват может произойти только в интервале проницаемого пласта. Прихват внутри обсадной колонны невозможен за исключением тех случаев, когда в ней появились каналы жидкости, например, перфорационные отверстия или негерметичности вследствие износа. Проницаемые пласты могут быть сложены, например, песчаниками и трещиноватыми породами. Возможен прихват в интервале глинистых пород, если они рассечены трещинами и проницаемы. Иногда прихваты возникают в обсадной колонне, в интервале перфорации или в местах потери герметичности вследствие внутреннего износа. Если в разрезе нет проницаемого пласта, то не будет фильтрационной корки и дифференциального давления. Под воздействием дифференциального давления, т. е. разницы между статическим давление жидкости в скважине и пластовым давлением, бурильная или обсадная колонна в интервале залегания проницаемых пластов прижимается к стенке скважины. Сила сдвига зависит от величины дифференциального давления, площади контакта и силы трения. Расчёт силы дифференциального прихвата  Прихват бурильной колонны, вызванный накоплением шлама и осыпанием, обвалом стенки скважины При бурении нередко случаются осыпи и обвалы пород стенок скважины. Осыпями называют такое осложнение, когда систематически значительное количество более или менее крупных частиц породы отделяются от стенок скважины, падают в ее ствол, подхватываются потоком промывочной жидкости и выносятся на дневную поверхность. Если же значительная масса породы внезапно выпадает в скважину, перекрывает кольцевое пространство или все сечение ствола и восходящий поток не в состоянии быстро удалить эту породу на поверхность, осложнение называют обвалом. Обычно видимым признаком обвала породы является резкое повышение давления в насосах. Одна из причин осыпей и обвалов — изменение напряженного состояния в породе при разбуривании. Причинами уменьшения прочности и устойчивости стенок скважины могут быть набухание глинистых пород под влиянием проникшего в них водного фильтрата; ослабление сил сцепления между частицами породы; уменьшение коэффициента трения между частицами тектонически нарушенных пород в результате смачивания поверхностей контакта фильтратом промывочной жидкости, особенно при больших углах падения пластов. Породы горизонтов с АВПД часто начинают осыпаться, если разность между поровым давлением в них и давлением в скважине становится достаточно большой. Допустимая величина этой разности зависит от прочности породы в приствольной зоне. Осыпи и обвалы могут явиться следствием резкого уменьшения давления в скважине при газонефтяном выбросе или при опробовании пласта в процессе бурения, при многократных колебаниях гидродинамического давления во время спуско-подъемных операций, а иногда также следствием усталостного разрушения пород, обусловленного колебаниями температуры.  Потеря устойчивости стенки скважины в статических условиях происходит под воздействием горного давления, не уравновешенного гидростатическим давлением жидкости в скважине. Выделяют следующие виды потери устойчивости стенки ствола скважины: осыпание слабосвязанных аргиллитов, сланцеватых глин, песков и других трещиноватых, перемятых пород и др. сужение, вызванное течением, ползучестью плывунов, высокопластичных глин, солей, льда, набуханием глиносодержащих горных пород. Потеря устойчивости стенок скважины, набухание пород и вспучивание их на стенке скважины, осыпи и обвалы горных пород в стволе скважины нередко приводят к потери подвижности (затяжки и посадки) бурильных и обсадных колонн. Прихват бурильной колонны в интервале сужения ствола скважины Заклинивание - это жесткое сопротивление колонны продольному перемещению и вращению, которое возникает при резкой посадке инструмента в желобную выработку, сужение, сильно искривленный участок ствола. Эта разновидность также встречается часто. Заклинивание низа колонны труб характерно для зон сужения ствола скважин, вызванных интенсивным нарастанием фильтрационных корок, для интервалов резкого изменения оси ствола, для интервалов твердых и абразивных пород, пройденных долотом с потерей диаметра, а также при замене компоновки низа бурильной колонны на более жесткую при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин. Обычно этот тип прихватов возникает при спуске, реже - при подъеме инструмента. В случае небольших превышений нагрузки или крутящего момента при натяжении или вращении колонны явление жесткого сопротивления называют подклиниванием.  Прихват бурильной колонны сальником.Образование в буровом растворе крупных пластичных кусков бурового глинистого шлама, названных сальниками, происходит при проходке глинистых отложений. Сальники возникают, главным образом, при сдирании со стенок замками колонны толстых рыхлых глинистых корок, отложившихся на высокопроницаемых породах. Образованию сальников способствует загрязненность ствола скважины частицами выбуренной породы при недостаточной скорости восходящего потока жидкости. При этом в зоне работы долота возникает концентрация частиц шлама и слипание их при условии низкой смазывающей способности раствора и значительного содержания в нем твердой фазы. В процессе подъема по стволу масса сальника увеличивается, а скорость подъема падает. Сальники накапливаются в местах увеличения поперечного сечения кольцевого пространства, прилипая к элементам низа бурильной колонны над долотом, выше турбобура, выше УБТ. Прихват колонны сальником возникает чаще всего при подъеме инструмента, когда формируются условия перекрытия затрубного пространства крупными сальниками в местах сужений ствола. Прихват труб может сопровождаться потерей циркуляции. Признаками появления сальников являются: - возникновение посадок, инструмента при спуске и затяжек при подъеме; - уменьшение механической скорости проходки долотом, сохранившим работоспособность всех узлов; - увеличение крутящего момента при роторном способе бурения: - повышение давления в нагнетательной линии в процессе проходки и во время промывок; - уменьшение веса колонны на крюке при спуске и восстановлении циркуляции; - обнаружение плотных кусков глины на замках и других элементах бурильной колонны во время ее подъема; - наличие кусков породы и глинистой корки в желобах и на виброситах. Ударные механизмы, разработанные для ликвидации прихватов В практике буровых работ находят применение для освобождения от прихватов ударные механизмы типов: ГУМ (гидравлический ударный механизм), ВУК (возбудитель упругих колебаний), УЛП (устройство для ликвидации прихватов), яссы механические, ударные, ударно-вибрационные. Ударные механизмы, разработанные для ликвидации прихватов, действуют по принципу реализации энергии упругой деформации твердого тела. Они применяются на практике в настоящее время повсеместно. В качестве элемента, накапливающего энергию упругой деформации, используют бурильную колонну. Область применения таких механизмов ограничивается глубиной скважин, так как под воздействием высокой температуры нарушается пластичность уплотнения. Бурильный Яс предназначен для ликвидации прихватов бурильной колонны при бурении нефтяных и газовых скважин. Яс работает в составе бурильной колонны и позволяет создавать многократную осевую ударную нагрузку и передавать вращающий момент для ликвидации прихвата находящейся ниже яса части бурильной колонн Различают механические, гидравлические и гидромеханические ясы; одностороннего (только вверх/только вниз) и двустороннего действия. Внешне яс выглядит похожим на УБТ, имея одинаковый с ним наружный диаметр. Внутри яса содержится скользящая оправка, позволяющая резко и кратно увеличить продольное ускорение колонны над ясом. Движение этой оправки ограничено стопором (молотом), который бьет по стопору на внешней гильзе (наковальне). Яс может быть запущен растяжением или сжатием в определенных пределах без какого-либо движения оправки. То есть динамическая энергия деформации в бурильной колонне преобразуется в кинетическую энергию «выстрела» яса. Опыт применения ГУМ в различных условиях показывает, что при температуре в скважине более 140 °С его применение нецелесообразно. Гидравлические яссы служат для обеспечения снятия пакера с места или при ликвидации прихвата хвостовика и фильтра. В зависимости от конструктивного исполнения яссы можно разделить на две основные группы: 1) открытого типа 2) закрытого типа. Тормозная камера яссов открытого типа соединяется с затрубным пространством и заполнена промывочной жидкостью. Растягивающее усилие, необходимое для их включения в работу, зависит от гидростатического давления столба бурового раствора в затрубном пространстве. В яссах закрытого типа тормозная камера заполняется жидкостью (специальной, например, маслом МС-20) и герметично изолируется от контакта с буровым раствором. В отличие от яссов открытого типа растягивающее усилие, необходимое для включения в работу ясса закрытого типа, не зависит от величины гидростатического давления столба промывочной жидкости в затрубном пространстве, что является одним из основных его преимуществ. Гидравлический ударный механизм ГУМ предназначен для ликвидации прихватов бурильных и обсадных колонн, труб, испытателей пластов и т.д. путем нанесения ударов, направленных снизу вверх либо сверху вниз в зависимости от сборки механизма. Он (рис. 8.28) состоит из шпинделя 1; переводников 2 и 7; цилиндра 3, имеющего две камеры разного сечения; бойка 4; поршня 5 и штока 6. Вся система ГУМ герметизирована и внутри заполнена маслом. Для работы с ГУМ отсоединяют неприхваченную часть колонны от прихваченной с помощью ловильного инструмента, а если верх извлекаемой колонны оканчивается замковой резьбой нижнего переводника 7, то ГУМ соединяют с аварийной колонной. Свободному закреплению замковой резьбы нижнего переводника с замковой резьбой аварийной колонны способствует наличие шлицевой пары у переводника 2, и шпинделя 1. Затем натягивают бурильную колонну с усилием, превышающим ее вес на 200 - 800 кН. Вначале скорость шпинделя с поршнем будет небольшой, так как он движется вверх за счет перетока масла из верхней полости (большей) в нижнюю (малую) через три последовательных отверстия. Пройдя 213 мм, поршень попадает в цилиндр 3 с продольными пазами. При этом площадь сечения для прохода масла из большей полости в малую увеличивается более чем в 200 раз. Масло свободно, почти без давления перетекает вниз, шпиндель 1, увлекаемый сжимающимися трубами, мгновенно перемещается вверх и бойком 4 ударяет по нижнему торцу шлицевого переводника 2. Этот удар передается прихваченному инструменту через корпус цилиндра 3 и переводник 7. Для повторного удара перегоняют масло из нежней (малой) полости цилиндра в верхнюю. Для чего на шпиндель создают осевую нагрузку 10-20 кН, направленную вниз. Возбудитель упругих колебаний ВУК предназначен для ликвидации прихватов путем нанесения мощных ударов по прихваченной колонне труб. Он состоит (рис. 8.29) из корпуса 5, переходников 9, 2 и 1, ограничительной втулки 4, регулировочного винта и бойка 6, телескопического штока 3, разъединительных муфты 8 и ниппеля 7. Принцип работы ВУК основан на создании ударами продольных колебаний в колонне труб за счет расцепления телескопического узла. Для работы возбудителем упругих колебаний бурильную колонну развинчивают над местом прихвата, опускают ВУК. При повышении сил фрикционного сцепления муфта 8 и ниппель 7 разъединяются, в результате резкого скачка колонны труб начинает колебаться и освобождаться. При волновом воздействии на прихваченную часть колонны переводник 1 с манжетами воспринимает вес жидкости, находящейся над ним, вызывает гидродинамический эффект и устраняет резкое перемещение бурильной колонны и талевой системы. При использовании возбудителя упругих колебаний как ударного ясса с выбиванием прихваченной части труб вверх, его опускают без переводника 1 и работают так же, как и в случае его использования для волнового возбуждения колебаний. В результате натяжения бурильной колонны происходят разъединение муфты 8 с ниппелем 7 и последующий удар наковальни по втулке 4, жестко соединенной с извлекаемыми трубами. Устройство для ликвидации прихватов УЛП — 190-1 предназначено для ликвидации прихватов колонны труб, преимущественно вызванных заклиниванием. Устройство (рис. 8.30) состоит из корпуса 1, уплотнительной манжеты 2, корпуса 3, предохранительного кольца 4, зубьев 5 в окне корпуса, зубьев 6 на плашке, приваренной к штоку, и штока 7. Работа устройства основана на принципе создания ударов, направленных или вверх, или вниз, за счет растяжения-сжатия части колонны труб, расположенной над зоной прихвата.       Работа УМ – это сложный технологический процесс, который основан на закономерностях взаимодействия стержневых ударных систем. Первая система – это бурильная колонна, на которой УМ спущен в скважину. Это система неоднородна по длине, так как составлена из стальных труб разного поперечного сечения с соединительными концами. Этот первый волновод, нижняя часть которого имеет боек, создает настоящий удар по наковальне, то есть по прихваченной колонне. Вторая система (волновод) – это прихваченная колонна. Она тоже может быть достаточно длинной и неоднородной. Импульс напряжения, формирующийся при ударе, перемещается со скоростью звука по первому и по второму волноводам от места его зарождения, то есть УМ. Отличительной особенностью ударных механизмов является наличие бойка, который совершает удары по наковальне, связанной с прихваченным инструментом. Технология применения ударного механизма (далее УМ) при работе в ударном режиме заключается в выборе места его установки и рациональной компоновки бурильного инструмента; обеспечении наиболее высокой энергии каждого удара, которая при заданной массе ударной части сводится к реализации максимальной скорости удара бойка по наковальне. Обоснование положения Яса При определении места расположения яса в составе бурового инструмента необходимо принимать во внимание следующие факторы: 1)Профиль скважины; 2)Участки скважины с возможными осложнениями (осыпи и обвалы горной породы, поглощение промывочной жидкости, желобообразование); 3)Предполагаемый вид прихвата: дифференциальный или механический; 4)Вес бурового инструмента выше и ниже яса, в условиях конкретной скважины; 5)Запас прочности верхних бурильных труб; 6)Место нахождения нейтральной точки во время бурения; 7) Нагрузка от работы бурового насоса УМ следует устанавливать как можно ближе к верхней границе прихвата, где и отвинчивают свободную часть инструмента. УМ соединяют с прихваченным инструментом через предохранительный переводник. Над УМ размещают УБТ соответствующего диаметра и массой, примерно равной массе прихваченного инструмента. УМ наиболее эффективно работает в вертикальной скважине. Расчет режима работы УМ сводится к нахождению условий, обеспечивающих наиболее высокую (максимальную) скорость удара при некоторых начальных данных. Фактически это сводится к определению рационального хода бойка, то есть основного конструктивного размера УМ.  Заключение Несмотря на недостатки, в бурении зачастую применяют механические ясы. Данные механизмы просты в использовании, имеют высокие силовые характеристики и могут быть выполнены относительно небольшого наружного диаметра. Общий недостаток всех механизмов, которые реализуют энергию упругой деформации – низкая эффективность при работе с сильно искривленными скважинами (при наклонно-направленном бурении) и с резкими перегибами ствола. Применение в сильно искривленных скважинах с высоким коэффициентом трения затруднительно, потому что нужно создать необходимое для перезарядки механического яса осевое усилие. Величина ударной нагрузки яса ограничивается имеющимся сверхнатяжением и весом провисшей трубы. Механический яс спроектирован таким образом, что нагрузка при работе ясом вниз всегда на 60% меньше нагрузки при работе ясом вверх. Для решения этой проблемы используют гидравлические ясы двустороннего действия (например, RJ-2H и RDT-2H). Нанесение ударов происходит по месту прихвата с различной силой и интенсивностью в обоих направлениях. Гидравлический яс двустороннего действия наиболее эффективен при постоянном нахождении в составе компоновки бурильной колонны, так как скорость и успех ликвидации прихвата зависит, первостепенно, от времени с момента его возникновения. Список использованных источников и литературы 1. Липатов Е. Ю. Л 61 Исследование и разработка технологии и технических средств для предупреждения и ликвидации прихвата бурильной колонны (на примере месторождений Среднего Приобья). – Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. – 128 с.2. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в разведочном бурении. - М.: Недра, 1988.3. Kemp G. Oilwell Fishing Operation: Tools and Techniques. – Gulf Publishing Company, Book Division, 1986.4. Каракозов А.А. Разработка и исследование ударных механизмов для ликвидации прихватов в скважине: Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. – Донецк, ДПИ, 1993.5. Чарный И.А. Неустановившееся движение реальной жидкости в трубах. – М.: Недра, 1975.6. Неудачин Г. И., Квашин Е. В. Основные вопросы работы гидроударных буровых механизмов дифференциального действия // Сб. Совершенствование техники и технологии бурения скважин на твердые полезные ископаемые. 1989, с. 73 78. 7. Коломоец А. В. Предупреждение и ликвидация прихватов в разведочном бурении. – М.: Недра, 1985, 220 с. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
