Памагити. Стандарт ds1, Том 3Инспекция бурильных колонн Пятое изданиеАвторы Грант Петтит
 Скачать 5.87 Mb.
|
|
2.6.5. Класс 2 Бурильные трубы и бурильные замки соответствуют требованиям Таблицы 3.5.1. Допускается износ трубы до минимально допустимой Остаточной стенки тела (RBW), составляющей 70% от номинальной толщины стенки. Бурильные замки имеют такие размеры, чтобы их прочность при кручении составляла не менее 80% от прочности при кручении бурильной трубы, с которой они соединяются. 2.6.6. Критерии приемки для толстостенных бурильных труб Критерии приемки толстостенных бурильных труб обычно устанавливаются путем указания минимально допустимого значения остаточной толщины стенки. Стандартные предельные значения остаточной толщины стенки обычно составляют 80, 90 и 95 процентов от номинальной толщины новой трубы. Критерии классификации для толстостенных бурильных труб приведены в Таблице 3.5.2. 2.6.7. Критерии приемки для утяжеленных бурильных труб Указывая диапазон допустимых значений Коэффициента прочности на изгиб (BSR), проектировщик устанавливает требования к значениям наружного и внутреннего диаметров для соединений утяжеленных бурильных труб (УБТ). Более подробно BSR рассматривается в Приложении A данного тома и в Главе 4 Тома 2. Значения BSR для стандартных типов и размеров соединений приведены для справки в Таблице 3.16. Для удобства рекомендуемые диапазоны BSR продублированы ниже. Обычный Dнар. УБТ Рекомендуемый диапазон BSR Диапазон BSR < 6 дюймов 2,25–2,75 1,8–2,5 От 6 до < 8 дюймов 2,25–2,75 2,25–2,75 > 8 дюймов 2,25–2,75 2,5–3,2 2.7. Форма заказа на инспекцию бурильной колонны Стандартная форма заказа приведена в конце этой главы. Данная форма дает возможность указать все необходимые инструкции для инспектирующей компании. Пример задачи 2.1 – Выдача заказа на инспекцию: Проектировщику требуется инспекция следующего оборудования: Бурильная труба R2, 7000 футов, 5 дюймов; 19,50 фунта на фут, марка S, NC50; Бурильная труба R2, 1000 футов; 3,5 дюйма; 13,30 фунта на фут, марка S, HT38; Бурильная труба R2, 8000 футов; 3,5 дюйма; 13,30 фунта на фут, марка S, NC38; Переходник муфта NC50 х ниппель HT38 Переходник муфта HT38 x ниппель NC38 Проектировщик решил устранить некоторые недостатки своего проекта путем принятия следующих мер: 1. Для бурильной трубы 3,5 дюйма увеличить минимальный допуск на остаточную толщину стенки с > 80 процентов от номинальной толщины новой трубы (Класс премиум) до > 82 процентов. Это повысит предел прочности на растяжение на поверхности и обеспечит соответствие проектным ограничениям для сверхнатяжения. 2. Для верхней части секции 3,5 дюйма использовать бурильную трубу 1000 футов; 3,5 дюйма, марка S, с соединениями HT38 вместо соединений NC38. 3. Заменить переходник низкой прочности в верхней части секции 3,5 дюйма. Переходник Минимальный Dнар. муфты (дюймов) Минимальный Dвнутр. ниппеля (дюймов) Муфта NC50 x ниппель HT38 6 3/8 2 1/8 Муфта HT38 x ниппель NC38 4 5/8 2 1/4 Заказать программу инспекции для бурильной колонны. Решение: Решение задачи показано на Рисунке 2.1. 2.8. Периодичность инспекций При решении вопроса о времени проведения инспекции проектировщик должен учитывать, что проблема планирования повторной инспекции одновременно проще и сложнее, чем общие правила, например, применительно к объемам бурения и количеству отработанных часов. Такой метод проще в том смысле, что параметры, приводящие к повреждению вследствие перегрузки, могут быть оценены в любое время, когда имеется доступ к трубе на буровой. В то же время он и более затруднителен, поскольку обуславливающие усталостное разрушение схемы слишком сложны для исследования на основе простых общих правил. Во многих случаях инспекция будет проводиться до подъема компонентов. Следовательно, при решении вопроса о периодичности инспекции необходимо 10 ФОРМА ЗАКАЗА НА ИНСПЕКЦИЮ № документа Страница из Выдано для: Дата: Дата, когда требуется оборудование: Запрашивающая компания: Контактное лицо Тел.: Факс: Эл. почта: Название скважины/ буровой: № разрешения на осуществление затрат (AFE): Инструкции: 1) Указать оборудование, 2) указать программы инспекции, 3) указать критерии приемки Толстостенные бурильные трубы № поз. Проходка/ число Размер Ном.вес/ толщина стенки Марка Соединение Коиплект Требуется ли поверхностное упрочнение? Программа инспекции Критерии приемки Да Нет Категория Другое См. примечание Премиум Другое См. Примечание 1 7000 футов 5 19.50 S HC50 2 3 Примечание 1 2 1000 футов 3 1/2 13.30 S HT38 2 3 Примечание 1 3 8000 футов 3 1/2 13.30 S NC38 2 3 Примечание 1 4 Другие компоненты № поз. Проходка/ число Наименование Dнар. Dвнутр. Соединение Требуется ли поверхностное упрочнение? Проточка муфты Снятие напряжения с ниппеля Программа инспекции Критерии приемки Да Нет Да Нет Да Нет Категория Другое См. примечание 5 20 Утяжеленные бурильные трубы 4.75 х 2.25 HC38 3 BSR 1.8 - 2.5 6 30 Тяжелая бурильная труба 3.5 х 2.25 HC38 3 DS-1 7 1 Переходник 6.5-4.75 х 3.25-2.25 NC50b х HT38p 3 Примечание 2 Примечание 3 8 1 Переходник 4.75 х 2.425 NC50b х HT38p 3 Примечание 2 Примечание 4 9 х 10 х 11 х 12 х Примечания Примечание 1: Позиции 2 и 3 должны иметь минимальную остаточную толщину стенки ≥ 82%. Примечание 2: Позиции 7 и 8 – Провести УЗК контроль стенки в дополнение к категории 3. Минимальная толщина стенки ≥ 0,500 дюйма для обеих позиций. Примечание 3: Позиции 7 должны иметь минимальный Dнар. муфты ≥ 6,375 дюйма и минимальный Dвнутр. ниппеля ≥ 2,125 дюйма. Примечание 4: Позиции 8 должны иметь минимальный Dнар. муфты ≥ 4,625 дюйма и минимальный Dвнутр. ниппеля ≥ 2,25 дюйма. Да Нет Требуется ли контроль сторонней организации? Рисунок 2.1 11 учитывать, насколько часто используются рассматриваемые компоненты и каков характер предполагаемой неисправности. 2.9. Главные задачи инспекции Техническое описание процедур инспектирования бурильных колонн может обескуражить тех, кто не знаком с подобной технологией. Поэтому лучше свести описание к изложению главных задач инспекции. В большинстве случаев, если исключить проблемы обычного повреждения при погрузочно-разгрузочных операциях, действия инспектора направлены на два ключевых аспекта. Если проектировщик учтет эти аспекты при планировании последующей инспекции, то его оценка будет гораздо более эффективной, чем это было бы возможно при использовании общих правил. Две основные задачи инспекции: 1) обеспечить соответствующую допустимую нагрузку на каждый компонент и 2) удалить компоненты, имеющие усталостные трещины (или характеризующиеся высоким риском их образования). См. рисунок 2.2. 2.10.Первая задача инспектора Первая задача инспектора состоит в том, чтобы убедиться, что допустимая нагрузка на каждый компонент соответствует требуемому значению. Это почти всегда относится к бурильным трубам, которые, как правило, имеют меньшую допустимую нагрузку по сравнению с более тяжелыми компонентами КНБК, а также подвержены более высоким нагрузкам. Для бурильных труб заданного размера с заданными соединениями допустимая нагрузка определяется по марке трубы, толщине стенки трубы и наружному и внутреннему диаметрам соединения. Если предположить, что при первичной инспекции эти показатели соответствовали всем требованиям, то в ходе дальнейшего использования проектировщику нужно будет обращать внимание только на совокупный износ муфт бурильных замков и бурильных труб (внутренние диаметры ниппелей редко изменяются вследствие износа). Что особенно важно, повторное измерение этих двух размеров, критичных для допустимой нагрузки и меняющихся в результате износа, можно провести непосредственно на буровой без дополнительных временных затрат. Поскольку при необходимости проектировщик может в любое время перепроверить эти размеры, ему вряд ли придется планировать повторную проверку в полном объеме исключительно на основании износа оборудования. Исключение из данного правила составляют случаи, когда планируется использование бурильной колонны в критических условиях, например, задействование Проектной группы 3 или колонны для спуска тяжелого типа (HDLS), когда расчетные коэффициенты и прогнозируемые коэффициенты нагрузки приближаются к единице. 2.11. Вторая задача инспектора Вторая основная задача инспектора заключается в выявлении и устранении компонентов, имеющих усталостные трещины или характеризующиеся повышенным риском их возникновения. Обнаружение усталостных трещин на бурильной трубе требует использования специализированного оборудования и лучше всего выполняется подготовленными специалистами, которые не работают с находящимся под давлением оборудованием. Поэтому, если нет возможности приостановить работы на буровой установке на несколько дней, проектировщику, возможно, придется запланировать транспортировку бурильной трубы к месту проведения инспекции. Исключение составляет инспекция соединений КНБК на предмет наличия усталостных трещин, которая может быть успешно проведена непосредственно на буровой установке, при условии, что инспектору будет предоставлена возможность осуществлять проверку вне рабочего режима установки. 2.12. Принципы планирования повторной инспекции При условии корректного проведения первой инспекции планирование повторной проверки обуславливается такими факторами, как совокупная усталость и совокупный износ. 2.12.1. Усталость Накопление усталостных повреждений бурильных труб, является фактором, обуславливающим планирование повторной инспекции бурильных труб на предмет наличия усталостных трещин. Сложность состоит в том, что на разных участках колонны накопление усталостных повреждений имеет совершенно разные темпы. Это показано на Рисунке 2.3. Здесь необходимо пробурить часть ствола скважины от точки касания до точки конечной глубины. При вращении головки бура в точке касания цикл накопления усталости начинается на той части бурильной трубы, которая находится внутри наклонного участка. Однако в ходе бурения труба перемещается из наклонного участка в прямой, а из прямого участка, расположенного над точкой начала резкого искривления ствола скважины, – в наклонный участок. Кроме того, если участок набора кривизны не является горизонтальным, нагрузка на наклонном участке возрастает с Удаление компонентов с усталостными трещинами и склонных к усталости ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИНСПЕКЦИИ Обеспечение допустимой нагрузки Рисунок 2.2 Две основных задачи инспекции бурильной колонны. Одна из них без труда выполняется на буровой, другая требует специального оборудования и подготовки 12 углублением скважины. Это увеличивает скорость накопления усталостных повреждений трубы на наклонном участке. На Рисунке 2.3 показаны повреждения, накопленные на момент окончания бурения рассматриваемого участка. Некоторые трубы накапливают немного усталостных повреждений или не накапливают их вообще, например, труба непосредственно над точкой конечной глубины и на прямом участке над точкой начала резкого искривления ствола скважины, тогда как другие части колонны подвергаются значительным повреждениям, например, труба в точке касания и непосредственно над ней. На других участках отмечается средний уровень накопления усталостных повреждений. 2.12.2. Допустимая нагрузка На допустимую нагрузку влияет износ бурильных замков и тел труб. Следовательно, планирование инспекции на предмет выявления избыточной нагрузки должно осуществляться в зависимости от совокупного износа. 2.13. Оценка накопленных усталостных повреждений Чтобы немного упростить задачу, проектировщик может разделить колонну на несколько секций и затем с помощью формулы 2.1 оценить накопленные усталостные повреждения для каждой секции. Несмотря на приблизительный характер такого расчета, он является более целесообразным при определении периодичности инспекций, чем любые общие правила. Оценка производится путем суммирования «баллов повреждения» в различных секциях бурильной колонны. Используя эти данные, проектировщик может менять местами компоненты колонны, чтобы равномерно распределить повреждения, и планировать инспекции в зависимости от совокупности баллов усталостных повреждений. При оценке учитывается средний индекс кривизны и количество циклов. ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ≡ = ⋅ 6 6 60 , 10 10 Cycles CI CI RPM Footage DP ROP (2.1) где: DP — Количество «баллов усталостных повреждений» из одного эпизода CI — Средний индекс кривизны в течение эпизода RPM — Средняя скорость вращения колонны в течение эпизода (об/мин); Footage — Объем проходки скважины в течение эпизода (футов) RDнар — Средняя скорость проходки в течение эпизода (футов/ч) 2.14. Планирование инспекции Инспекция на предмет наличия усталостных трещин показана при достижении заданного предела совокупных баллов повреждений для определенной секции. На данный момент данные, позволяющие определить такие пределы, являются ограниченными. Однако, исходя из имеющихся данных анализов повреждений, рекомендуется, чтобы в начале оценки проводилась проверка того, в какой момент общее количество баллов накопленных повреждений достигнет 500 для «критических» областей применения. В менее критических условиях устанавливаются более высокие пределы по баллам повреждения, как показано в таблице ниже. Условия бурения Показания к проведению инспекции (Проектная группа) (Совокупные баллы повреждений) 3 500 2 600 1 700 Проектировщику необходимо помнить о том, что данный метод расчетов является весьма приблизительным. Тем не менее, такой подход по эффективности в значительной мере превосходит принцип учета объема проходки или количества отработанных часов, поскольку позволяет учитывать сравнительную суровость условий бурения. Более точную оценку можно провести с использованием компьютерной программы, разработанной специально для этих целей. Пример задачи 2.2 — Планирование инспекции для выявления усталостных трещин: Проектировщик осуществляет бурение участка ствола скважины, показанного на Рисунке 2.3, от точки касания до точки конечной глубины с буровым раствором 10 фунтов на галлон. Он использует бурильную трубу Класса премиум, 5 дюймов; 19,50 фунта на фут, марка S. Ствол скважины изменяет направление на глубине 3000 футов и начинает проходить под углом наклона ствола 60 градусов, при этом степень набора кривизны на наклонном участке составляет 3 градуса на 100 футов. В такой ситуации каждая секция бурильной трубы, которая пересекает Накопление усталостных повреждений высокое Точка начала резкого искривления ствола скважины Точка касания Конечная глубина среднее низкое Рисунок 2.3. Усталостные повреждения будут накапливаться неравномерно по длине бурильной колонны 13 участок набора угла наклона ствола, проходит 2000 футов в пределах участка набора угла, где одновременно во время вращения действуют растягивающие и изгибающие усилия. Секция трубы, которая попадает в криволинейный отрезок ствола с головкой бура 2000 футов от точки конечной глубины, будет подвергаться максимальному воздействию растягивающих и изгибающих усилий при пересечении данного отрезка. На основании оценки скручивающих и осевых нагрузок предположим, что данный участок 2000 футов подвергается среднему растягивающему усилию 120000 фунтов и средней скорости вращения 120 об/мин, а средняя скорость проходки составляет 50 футов в час. Сколько баллов усталостных повреждений накапливается на бурильной трубе, которая достигает точки касания в момент достижения головкой бура точки конечной глубины? Решение: Согласно Рисунку 2.4 средний индекс кривизны рассматриваемой трубы в момент ее нахождения на участке набора угла составлял около 1000. Используя формулу 2.1, получаем значение: 6 60 1000 120 2000 288 50 10 DP ⋅ ⋅ ⋅ = = ⋅ баллов повреждения. 2.15. Оценка вручную и с использованием компьютера Оценка степени накопления усталостных повреждений компонентами бурильной колонны может быть проведена вручную с применением указанных выше методов. Кроме того, по разумной цене можно приобрести программное обеспечение, которое позволит автоматизировать процесс оценки и получать более точные результаты. В любом случае, даже проведение расчетов вручную даст результаты, которые будут намного превосходить результаты традиционных расчетов на основании объемов проходки или количества отработанных часов. 2.16. Проверка чрезмерного износа Существуют формулы для оценки износа бурильного замка. Однако эти формулы сложны, а полученные с их помощью результаты могут быть лишь приблизительными. С другой стороны, простым и экономически выгодным способом измерения наружного диаметра бурильных замков является установка каверномеров на минимальное допустимое значение наружного диаметра и их использование в качестве непроходного калибра при спуско-подъемных операциях. Таким образом, наиболее эффективной процедурой могла бы стать регулярная проверка бурильных замков при спуско-подъемных операциях. Если замки, вышедшие из строя из-за чрезмерных нагрузок, по-прежнему сохраняют свои размеры, остальные замки, которые подвергались меньшим нагрузкам, могут считаться пригодными к эксплуатации. |