книги / Предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин
..pdfТехнические данные устройства: |
|
Наружный диаметр, мм.............................................. |
178 |
Диаметр промывочного канала, м м ...................... |
55 |
Ход штока при разрядке, м м ................................... |
150 |
Характерна ликвидация прихвата с помощью этого устрой ства на скв, 3 Очамчира [8]. Прихват возник при забое 3254 м во время спуска бурильной колонны для шаблонирования ство ла перед спуском 245-мм технической колонны. На глубине 2905 м произошла резкая посадка на 50 тс при собственном ве се инструмента 106 тс. Компоновка низа бурильной колонны следующая.
Компоновка
Трехшарошечное долото Два трехшарошечных
расширителя
УБТ
Диаметр, мм |
Длина, м |
295 |
—4 |
295 |
‘--- |
178 |
10 |
Компоновка
Трехшарошечный расширитель
УБТ Бурильные трубы
Диаметр, мм |
Длина, м |
295 |
_ _ |
|
|
178 |
46 |
140 |
3198 |
Низ колонны заклинило в интервале залегания крепких мергелистых известняков. Прихват возник вследствие резкого увеличения жесткости низа колонны включением расширите
лей.
Установленные две кислотные и одна нефтяная ванны ока зались безрезультатными. С помощью шнуровой торпеды отвин тили трубы над верхним расширителем, подняли их, а в сква жину перед 46 м 178-мм УБТ спустили устройство и, соединив его прихваченным инструментом, приступили к работе. Удары производили вверх при силе срабатывания, превышающей на 32 тс собственный вес инструмента. После пяти ударов инстру мент поднялся на 150 мм. Последующие пять ударов при этом же силовом режиме не изменили положения прихваченного ин струмента. Увеличив силу срабатывания до 46 тс сверх собст венного веса, произвели три удара, — подвинулись на 2 м, еще два удара с силой 50 тс освободили инструмент. На ликвида цию аварии затратили 2,5 ч.
На поднятом бурильном инструменте шарошки расширителя были заклинены, сварные швы нижних опор пальцев шарошек расширителей в трех местах нарушены, что указывает на зна чительную величину заклинивания инструмента, приведшую к аварии. Рабочие элементы устройства не имели заметных сле дов сработки.
Механические ясы конструкции б. АзНИИбурнефти и Пол тавского отделения УкрНИГРИ [61, 78] одинаковы по принци пу действия (рис. 22). Сила удара зависит от скорости подъ-
151
Рис. 22. Схема яса:
а — |
б. АзНИИБурнефти; |
б — УкрНИГРИ; |
|||
/ — переводник; |
2 — воронка; |
3 — кожух; |
4 — |
||
труба |
ведущая; |
5 — муфта |
соединительная; |
||
6 — головка; |
7 — труба направляющая; |
8 — |
|||
муфта |
нижняя; |
9 — манжета |
уплотнительная; |
||
10 — кольцо |
предохранительное; И — корпус; |
||||
12— боек; |
13— шпиндель квадратный; |
14 — |
|||
переводник нижний |
|
|
ема и спуска бурильного инстру мента и величины свободного хо да, зависящих, в свою очередь, от буровой установки; длины сво бодной части колонны буриль ных труб и сил сопротивления при их движении в стволе сква жины; параметров самого устрой ства и состояния ствола скважи ны. Так как в основном эти ско рости имеют незначительную ве личину (порядка 0,3—0,8 м/с), то динамические нагрузки, создава емые этими устройствами, в ряде случаев не достигают значений, необходимых для ликвидации прихватов.
Ясы-вибраторы (рис. 23). Ясвибратор [94] позволяет про изводить удары по прихваченной части колонны весом непри-
хваченных труб и создавать их вибрацию. Яс-вибратор состо ит из корпуса 6 диаметром 146 мм и длиной 2,5 м, изготов ленного из обсадной трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 12 мм, 39-мм штока 3, выполненного из от резка бурильной трубы с толщиной стенки 11 мм, головки штока 2 из 146-мм УБТ, имеющего правую трубную резьбу, с помощью которой она навинчивается в горячем состоянии на верхний конец штока. В нижней части сделаны два кулачка верхнего переводника 1 (предохранительного), выполненного из 146 мм УБТ и имеющего с одной стороны замковую резь бу под замок бурильной трубы диаметром 114 мм, а с другой стороны — трубную резьбу для соединения с головкой штока зубчатого бойка 5, изготовленного из 146-мм УБТ с правой трубной резьбой для ввинчивания в корпус и с зубчатой нарез кой на торце (восемь закаленных зубьев, шаг 36 мм, высота 15 мм). Переводник бойка 4 из 146-мм УБТ с правой трубной резьбой для соединения с зубчатым бойком удерживает саль никовые уплотнения. В верхней части вырезаны пазы для вхо да кулачков головки штока, сальникового уплотнения 10, со-
152
Рис. 23. Схема яса-вибратора:
1 — переводник верхний; 2 — головка штока; 3 — шток; 4 — переводник бойка; 5 —боек зубчатый; б — корпус; 7 — шпонка; 8 — ударник зубчатый; 9 — гайка стопорная; 10 — уплотнение
Рис. 24. Схема ударно-вибрационного яса/(ЯУВ) |
конструкции б. АзНИИбур- |
|
нефти: |
|
|
1 — переводник; 2 — кольцо; 3 |
— пружина; 4 —муфта |
отбойная; 5 — винты; 6 — кор |
пус; 7 — головка; 8 — шпиндель; 9 |
— ударник; 10 — наковальня |
стоящего из трех резиновых манжет, зубчатого ударника, 8 с такими же зубьями, как и у зубчатого бойка, крепящегося на штоке с помощью шпонки 7, стопорной гайки 9, изготовленной из 146-мм УБТ и имеющей правую цилиндрическую резьбу для крепления зубчатого ударника на шейке штока. На ниж ний конец корпуса навинчивают переводник для соединения с оставшимися в скважине трубами или ловильным инструмен том.
Для создания вибрации дается натяжка колонне труб, на которой спущен яс-вибратор. Шток 3 движется вверх до со
7 |
Зак. 76 |
153 |
|
|
прикосновения |
зубчатого |
ударника 8 с зубчатым бойком 5. |
||
При натяжке |
7—8 тс |
трубы |
вращаются |
ротором (60— |
200 об/мин). Вращается |
шток 3 |
и ударник 8, |
заставляющий |
вибрировать зубчатый боек. Вибрация бойка передается кор пусу и всей прихваченной колонне, соединенной с ясом. Часто
та колебаний |
определяется |
числом зубьев бойка |
и |
ударника, |
||
а также скоростью вращения штока. |
на |
величину |
||||
Удар |
вниз |
производится |
при |
спуске штока 3 |
||
его хода |
(1,9 |
м) по переводнику |
бойка 4 частью |
или всем ве |
сом колонны труб.
Этот яс-вибратор грузоподъемностью 50 тс предназначен для работы в 197-мм скважинах с бурильными трубами диа метром 114 мм до глубины 1500 м и с бурильными трубами
диаметром 89 мм до глубины 2000 м. |
|
||
Для скважины глубиной до |
4000 м предназначен 190-мм |
||
яс-вибратор [73] с параметрами: |
|
|
|
Грузоподъемность, |
т .............................................. |
|
150 |
Диаметр, мм: |
|
|
190 |
корпуса............................................................. |
|
|
|
штока .............................................................. |
мм: |
|
122 |
Длина при штоке, |
|
3350 |
|
вдвинутом ...................................................... |
|
...................... |
|
выдвинутом............................ |
|
4710 |
|
Масса, к г ............................................................. |
|
1 |
477 |
На рис. 24 приведена схема ударно-вибрационного яса конст рукции б. АзНИИбурнефти [78], предназначенного для осво бождения прихваченной колонны труб осевыми ударами, на правленными сверху вниз, или созданием вибрации в колонне вращением труб под натяжением.
Яс (ЯУВ) состоит из корпуса и шпиндельной части. Кор пус 6 соединяется с колонной бурильных труб переводником / и служит для нанесения ударов ударником 9 по наковальне 10, а также для создания вибрации при вращении инструмен та под натяжением с помощью кулачков ударника. В перевод нике 1 смонтированы кольцо 2, пружина 3, муфта отбойная 4 с квадратным сечением направляющей хвостовой части. Про дольное перемещение отбойной муфты ограничивается двумя винтами 5, расположенными в нижней части переводника 1. Переводник и ударник соединены корпусом 6.
Нижняя часть наковальни 10 служит для соединения с при хваченными трубами. На шпинделе 8 закреплена головка 7 и наковальня 10. Головка снабжена кулачками. Головку со шпинделем крепят специальным штифом. Зазоры между кор пусом и шпинделем уплотняют манжетами.
Яс опускают в скважину на бурильных трубах. При дости жении ясом прихваченной части колонны его шпиндель упи рается в торец колонны, и при дальнейшем опускании яс вы-
154
Т а б л и ц а 29 Техническая характеристика ЯУВ
Обозначение
ЯУВ-235 ЯУВ-215 ЯУВ-190 ЯУВ-170 ЯУВ-127
Наружныйдиа корпуса,метр мм |
Диаметрканала шпинделя,мм |
свободногоДлина яса,мм |
верхнего конца |
нижнего конца |
ммДлина, |
Масса,кг |
|
|
|
Присоединитель |
|
|
|
|
|
|
ные резьбы |
|
|
|
235 |
75 |
2000 |
3-147 |
3-147 |
3890 |
795 |
215 |
75 |
2000 |
3-147 |
3-147 |
3750 |
675 |
190 |
75 |
2000 |
3-147 |
3-121 |
3670 |
515 |
170 |
75 |
3000 |
3-121 |
3-121 |
4560 |
470 |
127 |
40 |
3000 |
3-101 |
3-101 |
4380 |
260 |
бирает свой свободный ход. Последующее вращение колонны с ясом вызывает под действием пружины зацепление кулачков отбойной муфты с кулачками головки, после чего вращение колонны передается шпинделю, что способствует захвату кон ца прихваченной колонны.
Убедившись в надежном соединении с прихваченной колон ной труб (по показаниям манометра и индикатора веса), при ступают к освобождению инструмента нанесением ударов удар ником по наковальне. Удары создают весом инструмента при расхаживании или созданием вибрационной нагрузки при вра щении колонны под натяжением.
Характеристика ударно-вибрационных ясов типа ЯУВ при ведена в табл. 29.
Гидромеханические устройства. К числу гидромеханических устройств ударного действия относятся гидравлические ясы открытого типа ЯГ-146, ЯГ-95 [65], выпускаемые серийно с комплектами испытателей пластов КИИ2М-146 и КИИ2М-95, и ясы закрытого типа ЯГЗ-146, ЯГЗ-127 [12], разработанные в СевкавНИПИнефти.
Принцип работы этих ясов заключается в передаче прихва ченной части колонны осевых ударных нагрузок, направленных вверх. Для удара используется энергия деформации, накоплен ная при растяжении свободной части колонны бурильных труб.
Техническая характеристика ясов открытого типа
Обозначение.......................................... |
ЯГ-146 ЯП-146 |
ЯГ-95 |
|
Наружный диаметр, мм ................... |
146 |
146 |
95 |
Длина в растянутом положении, мм . |
1608 |
1230 |
1270 |
Свободный ход, м м ............................... |
320 |
220 |
330 |
Гидравлически неуравновешенная пло |
96 |
58 |
38 |
щадь, с м ® .......................................... |
|||
Концевые резьбы .................................. |
3-121 |
3-121 |
3-76 |
Масса, к г .............................................. |
147 |
128 |
58 |
7* 155
Рис. 25. Схема гидравлического яса открытого типа (ЯГ) г
1 — переводник; 2 — шток грузовой; 3 — корпус; 4 — втулка уплот нительная; 5 — седло; 6 — шток нижний; 7 — переводник; 8 — ман жетное уплотнение
На рис. 25 показана схема яса ЯГ-146, состо ящего из корпуса 3, внутри которого размещен грузовой шток 2, находящийся в постоянном шли цевом зацеплении с корпусом нижнего штока 6, проходящего через двухстороннее манжетное уплотнение 8. Между выступами штоков 2 и 6 установлено седло 5 и резиновая уплотнитель ная втулка 4. Сверху на грузовой шток 2 на винчен переводник 1, а снизу в корпус 3 — пе реводник 7. При передаче растягивающей на грузки подвижные детали перемещаются вверх, а резиновая втулка 4 плотно садится на уплот нительный корпус седла 5, благодаря чему об разуется замкнутая атмосферная камера между уплотнительными манжетами 8 и конусом. С этого момента детали могут перемещаться вверх при условии приложения растягивающей силы,, большей, чем произведение гидравлически не уравновешенной площади на гидростатическое давление столба бурового раствора, заполняю щего скважину. Эта сила для ясов ЯГ-146, ЯГ1-146 и ЯГ-95 составляет соответственно 9,6; 5,8 и 3,8 тс на 100 кгс/см2 гидростатического давления.
При натяжении колонны бурильных труб, превышающем силу, необходимую для растяжения яса, шток яса начинает перемещаться вверх относительно корпуса. В момент, когда резиновая втулка окажется выше радиальных отверстий в кор пусе, давление под резиновой втулкой станет равным гидро статическому, поэтому сопротивление движению исчезнет и подвижные детали под действием энергии упругого растяже ния колонны бурильных труб резко переместятся вверх, нано ся удар по утолщенной верхней части корпуса в направлении снизу вверх. Если при этом прихваченная часть инструмента не освободилась, то яс сжимают повторно с последующим на тяжением колонны труб.
Таким образом, яс обеспечивает создание серии ударов, ве личина которых, при прочих равных условиях, зависит от на тяжения и жесткости колонны бурильных труб и может в 3—4 раза превышать силы растяжения. Например, при скорости подъема 22 см/с сила удара может достигать 20—40 тс.
В некоторых случаях максимальная растягивающая сила,
156
передаваемая на яс, может быть ограничена прочностью бу рильных труб, что сокращает область применения яса на глу бине скважин 3—4 тыс. м.
Основной недостаток гидравлических ясов открытого типа заключается в том, что тормозная камера сообщается с затрубным пространством и заполнена буровым раствором, по ступающим из скважины. Вследствие этого эффективность ра боты таких устройств существенно зависит от величины гидро статического давления в зонах их установки и от качества бу рового раствора.
Ясы закрытого типа более эффективны, так как тормозная камера у них заполнена вязким маслом и герметично изоли рована от внешней среды. Благодаря этому исключается за клинивание штока шламом, а величина нагрузки, создаваемой в ясе, не зависит от гидростатического давления в скважине. Кроме того, заполнение тормозной камеры маслом различной вязкости дает возможность выбирать необходимую величину удара.
Эти особенности конструкции и принципа действия расши ряют пределы работы яса по давлению в скважине и способст вуют увеличению надежности его работы.
Техническая характеристика ясов закрытого типа
Обозначение . . * ................................................. |
ЯГЗ-146 |
ЯГЗ-127 |
|
Наружный диаметр, мм .............................................. |
|
146 |
127 |
Длина, м м ............................................................. |
|
1730 |
1730 |
Рабочий ход, мм . ..................................................... |
220 |
220 |
|
Допустимая растягивающая нагрузка, т с . . . |
. |
70 |
50 |
Допустимая сжимающая нагрузка, т с ........... |
|
28 |
20 |
Максимальная температура, ° С ...................... |
200 |
200 |
|
Максимальный перепад давления, удерживаемый |
|
450 |
|
уплотнениями, кгс/см*.................................. |
450 |
||
Размер концевых резьб . . . . . . . . . . . . |
|
3-121 |
3-101 |
Масса, к г ............................................................. |
|
135 |
119 |
На рис. 26 приведена схема яса закрытого типа ЯГЗ-127, корпус которого состоит из переводника, кожуха и переводни ка 10, соединенных на метрических резьбах. В корпусе разме щены полые штоки, поршень, гайка и гидравлическое сопротив ление, состоящие из корпуса, имеющего стержневую систему лабиринтовых зазоров и обратный клапан. В качестве уплот нительных элементов использованы резиновые кольца кругло го сечения и специальная резиновая втулка. Между штоками 3, 4 и поршнем 6 образована замкнутая камера, которая через пробки 2 заполняется авиамаслом МС-20.
В процессе спуска яс находится в растянутом положении, как показано на рис. 26. Благодаря шестигранному зацепле нию между штоками 3 и кожухом 8 через бурильные трубы
вращение передается |
расположенному ниже оборудованию |
при докреплении яса |
к прихваченной колонне труб. |
157
Рис. 26. Схема гидравлического яса закрытого типа (ЯГЗ):
1 — переводник; 2 — пробки заправочные; 3, 4, 9 — штоки; 5 —корпус гидросопротив ленив; 6 — поршень; 7 —гайка; 8—кожух; 10 — переводник
Рис. 27. Схема гидравлического яса конструкции ВНИИБТ:
1 — корпус; 2 — шток; 3 — поршень; L„— длина тормозной камеры; |
— длина сво |
бодного хода штока |
|
При передаче механической сжимающей нагрузки яс сжи мается на длину рабочего хода, при этом корпус 5 входит в полость штока 3 и масло перетекает из надпоршневого прост ранства в подпоршневое без сопротивления благодаря нали чию обратного клапана в системе гидравлического сопротивле ния.
Яс срабатывает под действием натяжения колонны буриль ных труб, при этом шток 3 перемещается вверх, а масло пере
текает по лабиринтному зазору корпуса 5. |
сопротивле |
|
В |
результате значительного гидравлического |
|
ния |
перетоку тормозной жидкости нижняя часть |
колонны бу |
158
рильных труб перемещается медленнее верхней, которая рас тягивается, накапливая упругую энергию деформации растя жения.
Гидравлический яс закрытого типа разработан во ВНИИБТ [7, 35] (рис. 27). Яс состоит из корпуса 1, внутри которого име ются две ступенчатые камеры, и штока 2 со смонтированным на нем поршнем 3. Корпус сверху и снизу герметизирован уплотнениями, а камеры — заполнены маслом. При заряжен ном состоянии яса поршень находится в крайнем нижнем по ложении. Зазор между поршнем и цилиндром нижней камеры минимален и составляет 90—100 мкм.
Корпус яса соединяется с прихваченной |
частью |
труб, а |
шток — со свободной. Для включения яса |
в работу |
на шток |
через колонну бурильных труб передают нагрузку растяже ния. направленную вверх. Благодаря малому зазору в паре поршень — цилиндр масло в камере сжимается и в ней возни кает давление, пропорциональное растягивающей нагрузке. Нагрузка через шток, сжатое масло и корпус передается на прихваченный участок бурильных труб. Одновременно жид кость, сжатая под действием высокого давления, начинает пе ретекать через малые зазоры в паре поршень — цилиндр в подпоршневую зону, вследствие чего поршень получает возмож ность медленно двигаться вверх. Колонна труб растягивается на некоторую величину (в пределах упругой деформации) и накапливает энергию деформации.
При входе поршня в расширенную часть камеры давление в системе резко падает, шток и.растянутая часть колонны, по лучают возможность свободно перемещаться вверх за счет энергии упругой деформации, нанося удар по верхней части корпуса яса, сила которого пропорциональна накопленной энергии и скорости движения. Энергия удара через корпус яса передается прихваченной части.
Порядок работы рассмотренных устройств можно условно разделить на два этапа. Первый: зарядка яса — создание не обходимой тяговой силы на штоке устройства; второй: разряд ка — нанесение удара по прихваченной части бурильной ко лонны.
На первом этапе устройство работает как гидравлическая система, на втором — как механическая. Работа этих устройств на втором этапе ничем не отличается от работы механических устройств ударного действия без сальниковых уплотнений, ра ботающих при больших давлениях. С этой точки зрения пре имущества механических ударных устройств неоспоримы.
Во ВНИИКРнефти разработан гидроударник, включаемый в компоновку бурильного инструмента (рис. 28).
Гидроударник состоит из трубчатого корпуса 1 с отверстия ми 2, 3 для выпуска отработанной жидкости из рабочей каме ры 4, образованной плотностью между стенками корпуса и по-
159
лым штоком 5 с нагнетательными отверстиями 6 и 7. На што ке концентрично расположена золотниковая втулка 8 с нагне тательными отверстиями 9, 10 и рабочими отверстиями 11, 12 для сброса отработанной жидкости.
Проходные сечения отверстий 11, 12 в крайних положениях втулки сжимаются стержнями 13 с переменным по длине сече нием. На золотниковой втулке свободно установлен поршеньударник. В рабочем состоянии устройства циркуляционный ка нал 15 перекрыт пробкой 16. К корпусу устройства на резьбе присоединены переводник 17 и удлиненный переводник 18, в котором размещен механизм включения устройства и поворо та штока, содержащий зубчатые венцы 19 и 20, пружину 21 и зубчатое кольцо 22, установленное на штоке. В нерабочем со стоянии гидроударник монтируют в наиболее прихватоопасном месте, т. е. в нижней части бурильной колонны, над УБТ.
Устройство работает следующим образом. В случае возник новения прихвата в бурильную колонну с поверхности сбрасы-
160.