Эффективность работы бурильной колонны

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Дудля, Н.А., Викторов, Г.Н., Кириченко, Г.Н.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України 2007
Schriftenreihe:	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
Schlagworte:	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134296
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Эффективность работы бурильной колонны / Н.А. Дудля, Г.Н. Викторов, Г.Н. Кириченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 73-77. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-134296
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1342962025-02-23T17:51:43Z Эффективность работы бурильной колонны Дудля, Н.А. Викторов, Г.Н. Кириченко, Г.Н. Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения 2007 Article Эффективность работы бурильной колонны / Н.А. Дудля, Г.Н. Викторов, Г.Н. Кириченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 73-77. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 2223-3938 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134296 622.24.053 ru Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения application/pdf Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
spellingShingle	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения Дудля, Н.А. Викторов, Г.Н. Кириченко, Г.Н. Эффективность работы бурильной колонны Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
format	Article
author	Дудля, Н.А. Викторов, Г.Н. Кириченко, Г.Н.
author_facet	Дудля, Н.А. Викторов, Г.Н. Кириченко, Г.Н.
author_sort	Дудля, Н.А.
title	Эффективность работы бурильной колонны
title_short	Эффективность работы бурильной колонны
title_full	Эффективность работы бурильной колонны
title_fullStr	Эффективность работы бурильной колонны
title_full_unstemmed	Эффективность работы бурильной колонны
title_sort	эффективность работы бурильной колонны
publisher	Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Породоразрушающий инструмент из сверхтвердых материалов и технология его применения
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/134296
citation_txt	Эффективность работы бурильной колонны / Н.А. Дудля, Г.Н. Викторов, Г.Н. Кириченко // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения: Сб. науч. тр. — К.: ІНМ ім. В.М. Бакуля НАН України, 2007. — Вип. 10. — С. 73-77. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент – техника и технология его изготовления и применения
work_keys_str_mv	AT dudlâna éffektivnostʹrabotyburilʹnojkolonny AT viktorovgn éffektivnostʹrabotyburilʹnojkolonny AT kiričenkogn éffektivnostʹrabotyburilʹnojkolonny
first_indexed	2025-11-24T04:30:50Z
last_indexed	2025-11-24T04:30:50Z
_version_	1849644705961213952
fulltext	РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 73 УДК 622.24.053 Н. А. Дудля, канд. техн. наук1; Г. Н. Викторов 2, Г. Н. Кириченко 2. 1 Национальный горный университет, г. Днепропетровск, Украина; 2 Днепропетровское отделение УкрГГР, г. Днепропетровск, Украина ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Одним из наиболее важных элементов бурового инструмента является бурильная колон- на. Самые крупные статьи расходов в общей стоимости бурения падают именно, на бурильную колонну. В процессе бурения скважины она подвергается усилиям растяжения, сжатия, круче- ния, а также вибрациям, искривлению, абразивному износу и коррозии. Как вал бурильная колонна представляет собой сложную механическую систему, ра- ботающую, в основном, в устойчивом режиме, характеризующимся почти постоянным во времени уровнем мощности, который повышается при той же частоте вращения при возник- новении колебаний, обусловлены наличием сил упругости и сил сопротивления, представле- ны, в основном, силами трения колонны о стенки скважины. А так как ствол скважины имеет переменное по своей длине и во времени сечение сложной конфигурации, сужающееся к за- бою и расширяющееся к устью, то ствол скважины и определяет характер движения колон- ны. Наибольшая разработка ствола скважины наблюдается в момент прохождения через него зоны нулевого сечения. Переменный изгибающий момент, возникающий при работе колон- ны в искривленных участках ствола скважины от продольного изгиба при сжатии и под дей- ствием центробежных сил, действующих циклически на резьбовые соединения, приводит к их разрушению. Анализ аварий с бурильными трубами по производственному объединению «Укр- нефть» [3, 4] показывает, что из общего количества 406 аварий, обусловленных разрушени- ем, 23 % произошли по трубной резьбе, 31 % – по замковым резьбам соединений утяжелен- ных бурильных труб (УБТ), 4,5 % по ниппельной части бурильных замков. В геологоразве- дочных организациях Украины [9] из 250 поломок обрывы резьб бурильных труб и замков составляют более 33 %, 45 % составляют обрывы по высаженной части, по телу труб, по сварному шву [6]. На основе обобщения и анализа фактических данных за 10 лет работы бу- рильной колонны в Восточном Донбассе при объеме бурения 139,4 тыс. м произошло 8,7 поломок на 1000 м бурения [6]. По данным Днепропетровского отделения Института минеральных ресурсов [1] при исследовании 37 бурильных колонн на глубоких (1400 – 1600 м) скважинах в Донбассе про- изошло 292 аварии. Из них с бурильными трубами – 140, замками – 91, муфтами – 7, УБТ – 53. Анализ показывает, что 90 % всех аварий с колонной происходит в местах резьбовых со- единений, причем 62 % составляют аварии с резьбами труб и 28 % с резьбами замков. Изучение изломов деталей бурильной колонны путем визуального осмотра показало, что, несмотря на разнообразие форм разрушений, существует некоторая закономерность в строении изломов. Так, обрывы труб по последней нитке резьбы в большинстве случаев имеют неодинаковую шероховатость поверхности излома. Как правило, поверхность излома имеет несколько зон с различной шероховатостью – от мелкой, почти полированной, до не- ровностей в виде ступенек. Такое строение излома указывает на неодновременность проте- кания процесса разрушения. Размеры шероховатостей на поверхности излома зависят от структуры металла (величины зерен), вида и разрушающих нагрузок. Наличие макро- и мик- ро неровностей свидетельствует о типичном усталостном разрушении труб. Усталостная трещина предшествует возникновению первоначальных трещин в наиболее напряженном месте (концентратор напряжения), которые затем сливаются в одну или несколько основных усталостных трещин. Концентратором напряжений в бурильных трубах и замках служат Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 74 впадины резьбы. По мере развития усталостной трещины поперечное сечение трубы, замка уменьшается и наконец оказывается недостаточным для восприятия действующих нагрузок, в результате чего труба, замок разрушаются. В процессе развития усталостной трещины про- исходит ее многократное раскрывание и закрывание, вследствие чего поверхность излома истирается. Это объясняет наличие полированной зоны на поверхности усталостного излома от напряжений кругового изгиба. Некоторые изломы труб имеют на поверхности две проти- воположно расположенные зоны. Кроме типично-усталостных изломов, встречаются корро- зионно-усталостные изломы, образующиеся от одновременного действия многократных на- грузок и среды, вызывающей коррозию металла. Коррозионно-усталостные трещины в отли- чие от усталостных распространяются в разных направлениях. Продукты коррозии, отлага- ясь в микротрещинах, вызывают их расклинивание и тем самым ускоряют процесс разруше- ния. Наличие в скважине воды или глинистого раствора, в которых растворены соли, способ- ствует быстрому развитию коррозии. При визуальном осмотре поверхности излома видны глубокие повреждения ее коррозией. Срыв резьбы является наиболее распространенным видом аварий с бурильной колон- ной и происходит как у трубных, так и в замковых соединениях в разных местах по длине резьбы. Причиной, вызывающей разрушение резьбовых соединений, является износ резьбы и, следовательно, уменьшение рабочей поверхности ниток [4]. При чрезмерных нагрузках происходит разрушение всей резьбы. Нами установлено, что на срыв резьбы влияют и другие причины: качество изготов- ления резьб, момент затяжки при свинчивании, условия эксплуатации [5, 8]. При изготовлении резьб заводы допускают отклонения от допусков по ГОСТу по ко- нусности, натягу, углу профиля и др., что приводит к поломкам труб, так как при соединении двух деталей с отклонениями по конусности или натягу происходит неравномерное распре- деление нагрузок по виткам резьбы. Напряжения в нескольких витках резьбы, восприни- мающие основную часть нагрузки, могут достигать предела текучести металла, в результате чего происходит срыв этих витков. При соединении двух деталей с большими минусовыми отклонениями допуска по натягу, при их свинчивании, происходит соприкосновение торцов трубы в муфте или соприкосновение торца трубы с выступом в замке, что также приводит к срыву резьбы при приложении нагрузки. Часто срывы резьбы происходят при сборке из-за отсутствия или некачественной смазки, повреждения резьб, присутствия в резьбе шлама, стружки, несоосности элементов колонны, недостаточного усилия затяжки, некачественной термообработки. Заедание замковых резьб сводится к тому, что в процессе свинчивания механизмом РТ-1200 из-за перекоса свечи происходит срыв и сваривание металла резьб. Как правило за- едание резьб происходит с новыми замковыми соединениями в процессе первых 10–30 свин- чиваний и связано, в основном, с малой твердостью поверхностей витков резьбы. Само по себе явление заедания замковых резьб не приводит к возникновению аварий с бурильной колонной. Однако частая замена замков, вышедших из строя по причине заедания, увеличи- вает их расход и, главное, нарушается ранее выполненная селективная сборка пары замок– труба, которые имели подобранные резьбы. Замена замков приводит к износу резьб труб, а иногда и к повреждению мелкой трубной резьбы, в связи с чем увеличивается вероятность аварий колонны по причине срыва резьб. Обрыв трубы по телу происходит в основном из-за коррозии тела трубы на внутрен- ней поверхности, когда коррозионные трещины проникают на глубину 2–3 мм. Обрыв по телу вследствие износа наружной поверхности труб, муфт, замков происхо- дит, в основном, из-за несвоевременной отбраковки их буровой бригадой. Наиболее часто происходит односторонний износ поверхности бурильных труб, зам- ков, муфт. Это является подтверждением того, что бурильная колонна вращается преимуще- ственно вокруг оси скважины. Измерения аварийных труб по телу показали, что толщина изношенной стенки составляет от 0,4 до 2,4 мм. Когда труба имеет такую толщину стенки с РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 75 одной стороны, то приложенная к ней нагрузка при вращении может достигнуть предела текучести металла, вследствие чего односторонне изношенная труба ломается по спирали. Шаг спирали равен 1–3 м. Поломка трубы может произойти двойная за счет отрыва неболь- ших кусков труб, которые попадая в расклин между колонной и стенками скважины, еще более усложняют аварию. При большом износе стенки замков и муфт настолько тонкие, что протираются насквозь и не в состоянии выдержать приложенные нагрузки, раздуваются и разрушаются вдоль по образующей. Металлографические исследования на аншлифах, изготовленных из новых и аварийных деталей бурильной колонны проводились с помощью микроскопа МИМ-7. На микроскопе МИС-11 (двойной микроскоп Линника) определялась чистота обработки поверхности. Микро- структура стали исследована на 104 образцах, из которых 83 аварийные, 12 снятых с эксплуа- тации в хорошем состоянии и 9 новых. Аншлифы из аварийных образцов охватывали почти все виды аварий элементов бурильной колонны. После визуального обследования образцов они фотографировались на фототехническую пленку ФТ-31. Результаты исследований показа- ли, что материал бурильных труб имеет разнообразную микроструктуру: сорбит отпуска, сор- битообразный перлит и феррит с зерном 8–9 баллов, среднезернистую перлито-ферритовую однородную и неоднородную с зерном смешанного балла от 3 до 8, крупнозернистую ферри- товую с перлитных пластин с зерном 3–4 балла, реже полосчатую. Трубы, вышедшие из строя из-за обрыва по последней нитке резьбы (58,3 %), имеют средне- крупнозернистую микро- структуру. Это дает основание предполагать о влиянии величины зерна на этот вид аварий. Образцы, вышедшие из строя по причине срыва резьбы, имеют микроструктуру сорбит отпус- ка, сорбитообразный перлит и среднезернистый феррит, перлит и феррит однородный. Их раз- рушение объясняется другими причинами: качеством изготовления резьб (отклонения по ко- нусности, натягу, шагу, профилю, недостаточный момент свинчивания резьбы). В некоторых бурильных трубах микроструктура по толщине стенки неодинакова. Внутренняя часть стенки трубы имеет микроструктуру сорбит отпуска, к середине переходит в среднезернистую перлито-ферритовую и к внешнему слою – в крупнозернистую феррито- перлитовую. В трубах, имеющих закаленный поверхностный слой токами высокой частоты, микроструктура внешней поверхности на глубину 0,3−0,5 мм, как правило, сорбит отпуска, реже однородная перлито-ферритовая или сорбит с обрывками феррита. Вглубь металла – не- однородная микроструктура по составу и величине перлита. Муфты и замки, вышедшие из строя из-за разрушения по образующей или поперек тела, имеют крупнозернистую микроструктуру: феррит и перлит. Определение механических свойств стали, из которой изготовлены трубы, выполнено в ЦЗЛ Днепропетровского металлургического завода им. Петровского. Для исследования отобраны образцы 7 новых и аварийных труб диаметром 50 мм. Новая труба после закалки ТВЧ имеет очень низкое относительное удлинение и сужение 3,3 и 1,0 % соответственно, вместо 12 и 40% по ГОСТу 7909−56. Труба после эксплуатации имеет пониженное значение предела прочности и относительного удлинения (56,5 кг/мм2, 47,2 %). Остальные трубы со- ответствуют нормам. Химический состав и марка стали соответствует ГОСТ 4543-71 – сталь 36Г2С трубы и ГОСТ 4543-71 – сталь 40ХН – замки. Определение твердости металла образцов труб, муфт и замковых соединений выпол- нено по методу Роквелла прибором ТК-2. Среднеарифметическое значение твердости из 8 – 10 измерений на трубах находится в пределах HRСэ – 18−26. Поверхность закаленных труб HRСэ – 31−39. Замковое соединение имеет твердость HRСэ – 25−35 (40 %). Замки с упроч- ненной ТВЧ поверхностью HRСэ – 48-57 (10 %). Замковые соединения имеют твердость ни- же 26 HRСэ (50 %). Внутренних дефектов в бурильных трубах во время гамма- дефектоскопии не выявлено. Исследования селективно собранных колонн в производственных условиях проводились в тресте «Артемгеология» в Центральном и Западном Донбассе. Условия бурения в этих рай- Выпуск 10. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ И МЕТАЛООБРАБАТЫВАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ – ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ 76 онах имеют ряд отличительных особенностей: в Западном Донбассе геологический разрез пред- ставлен породами IV – VI категорий по буримости и скважины не искривляются; в Центральном Донбассе породы более твердые, скважины более глубокие (до 2300 м) и имеют большую ин- тенсивность искривления 3–5 на 100 м. Исследовались бурильные колонны из серийно выпус- каемых труб диаметром 50 мм по ГОСТу 7909−56 и замков по ГОСТу 7918−75. Некоторые бу- рильные колонны состояли из труб, наружная поверхность которых была упрочнена ТВЧ. Осо- бое внимание при изучении прочности бурильных колонн было обращено на качество изготов- ления резьб труб, муфт и замков. Проверка качества резьб осуществлена гладкими и резьбовыми калибрами. Сборка колонн осуществлялась в полевых условиях Павлоградской, Щегловской и Артемовской экспедиций и Ханженковской ГРП путем группового подбора резьб пар сопрягаемых дета- лей по конусности и натягу, зазору между деталями замка. дефектоскопическому контролю резьб, где входному контролю подлежало 100 % деталей; соосности нарезки резьбы по от- ношению к оси трубы, замка, муфты, перпендикулярности торцов соединения, кривизне труб подлежало 10 % деталей колонны, качеству упрочнения резьбы и наружной поверхности труб, замков – 5 %. Из-за превышения допусков ГОСТ отбраковано 14,8 % труб; 12,5 % замков; 2,2 % муфт. Однако не удалось обеспечить комплектование бурильных колонн из труб и соединений, резьбы которых полностью соответствовали требованиям ГОСТ, поскольку 43,5 % труб имело натяг от 0 до 5,6 мм, т.е. ниже допуска, предусмотренного стандартом. Аналогичное положение имело место и по трубным резьбам замков. При свинчивании труб с замками (муфтами), имеющими малые натяги, невозможно обеспечить условия прочности таких резьбовых соединений, так как в процессе эксплуатации труба довинчивается и упирается в ненарезанную часть замка и это является основной причиной преждевременного выхода из строя труб, имеющих малые натяги, поскольку происходит срыв резьбы труб или разрушение их торцов на длину от 2 до 5 ниток резьбы. Большое значение при эксплуатации бурильных труб имеет правильная компоновка низа колонны. Использование в бурильной колонне УБТ достаточного веса способствует росту ме- ханической скорости бурения, снижению аварийности, уменьшению износа труб и соедине- ний. Благодаря применению селективной сборки бурильных колонн, своевременной отбра- ковки изношенных по наружной поверхности труб, муфт, замков, изношенных до 2-х оборо- тов на свинчивание замков, а также применению УБТ весом 2800 кг, опытные колонны поч- ти не имели поломок на протяжении 400 – 800 дней, количество аварий с колоннами снизи- лось в 3 – 5 раз [7]. По данным замеров (таблица) установлено, что в начальный период эксплуатации – 100 дней – поверхность упрочненных труб изнашивается в 2,7 раза медленнее по сравнению с износом неупорядоченных труб. Через 400 дней эксплуатации износ упрочненных труб меньше в 1,7 – 1,8 раза, а при 800 днях – в 1,4 – 1,5 раза меньше [8]. В целом селективная сборка бурильных колонн в тресте «Артемгеология» позволила повысить производительность бурения на 25–30 % за счет применения форсированных ре- жимов бурения [2]. Выводы Использование бурильных колонн в Волго-Донском ТГУ, укомплектованных по ме- тоду селективной сборки предложенному Днепропетровским отделением Института мине- ральных ресурсов из элементов, соответствующих ГОСТу 7909-56 и 7918-75, позволило практически исключить непроизводительные затраты рабочего времени на ликвидацию об- рывов колонн даже при применении повышенных режимов бурения, что обеспечило рост производительности на колонковом бурении на 25–35 % при одновременном увеличении общего срока эксплуатации бурильных колонн [7]. РАЗДЕЛ 1. ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ИЗ СВЕРХТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И ТЕХНОЛОГИЯ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ 77 Износ бурильных колонн С упрочненными и неупрочненными трубами С УБТ весом 2800 кг Износ поверхности труб Время эксплуа- тации, дни неупрочненные упрочненные Время эксплуа- тации, дни Износ поверх- ности, % 99 17,2 7,5 7,9 9,2 174 20,0 14,5 261 23,5 241 31,6 17,9 332 28,2 295 31,8 20,3 418 32,2 352 34,8 24,0 479 40,3 411 44,2 24,7 725 47,8 − − − 823 53,7 Литература 1. Бугаков Ю. Д., Шевченко И. Е. Некоторые данные о надежности бурильной колонны при проходке глубоких колонковых скважин на уголь.// Разведка и охрана недр. –1965. – № 2. 2. Веретенников А. Г., Климочкин Э. Е., Темников В. Ф. и др. Изготовление упрочненных бурильных колонн и результаты их внедрения – //Разведка и охрана недр. – 1975. – № 10. – С. 21 – 23. 3. Дудля Н. А., Викторов Г. Н., Кириченко Г. Н., Островский И. Р. Бурильные трубы геолого- разведочного сортамента: Монография. – Д.: Изд. дом «Андрей»: – 2007. – 207 с. 4. Израильский А. М., Финкельштейн Г. М. Эксплуатация и ремонт бурильных и обсадных колонн. – М. Недра, – 1966. 5. Кириченко Г. Н., Левада М. П. Опыт комплектования бурильных колонн в Павлоградской экспедиции треста «Днепрогеология». Информационный листок МГ СССР– 1969. – № 3 (15). –7 с. 6. Козаченко Н. И., Пустовойтенко И. П. Анализ аварий с бурильными колоннами в органи- зациях Министерства геологии Украинской ССР и пути их предупреждения. М. ВИЭМС. Экспресс-информация. Сер. «Техника и технология геологоразведочных работ; организа- ция производства». – 1972. – № 7.– 6 с. 7. Кузьмин Г. Г., Ястребов О. В., Шевченко И. Е., Кириченко Г.Н. Организация комплекто- вания бурильных колонн в Волго-Донском управлении. М.:ОНТИ ВИЭМС, – 1974. – 22 - 25 с. 8. Шевченко И. Е. Исследование прочности колонн бурильных труб при глубоком колонковом бурении в Донбассе. Информационное сообщение. Серия «Техника и технология геолого- разведочных работ; организация производства»: – 1969. –№ 65. – 11 с. 9. Щербюк Н. Д., Газанчан Ю. И., Барышников А. И. Эксплуатация бурильных труб и раз- рушение резьбовых соединений. М.: ВНИИОЭНГ. – 1986. – 59 с. Поступила 31.05.07.

Эффективность работы бурильной колонны

Institution

Ähnliche Einträge