Файл: Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении.pdf

шарошек долота в твердых породах приводит к возвратно-поступа­ тельному перемещению долота, которое также передается буриль­ ной колонне. Перемещение долота вверх сопровождается увеличе­ нием потенциальной энергии в колонне труб. При обратном ходе вниз потенциальная энергия переходит в кинетическую, расходуе­ мую на разрушение породы.

Возвратно-поступательные движения бурильной колонны с пе­ риодической закономерностью и постоянной величиной внедрения долота в твердую породу создают неблагоприятные условия для работы бурильной колонны и способствуют развитию усталостных напряжений в металле.

При бурении шарошечными долотами в мягких породах перио­ дических вертикальных перемещений колонны не происходит. Шарошки как будто скользят, что смягчает работу колонны.

Вращение бурильной колонны при проходке твердых пород и

нельзя, так как они достигают значительных величин и являются одной из причин развития трещин, а следовательно, и ускоряют аварии с бурильной колонной.

Можно привести следующий пример влияния твердости пород на состояние бурильной колонны. Интервал скважины ниже кон­

в торцах этих труб одинаков. После бурения в окремнелых доло­ митах бурильная колонна была заменена и аварии прекратились. Примеров таких аварий можно привести очень много. Все они характерны для роторного бурения и происходят преимущественно при бурении в твердых породах: окремнелых доломитах и извест­ няках, кварцитоподобных песчаниках и других, когда трубы нахо­

Основными причинами передачи больших усилий на нижнюю часть бурильной колонны (перегрузки) является технически неграмот­ ное выполнение операций при спуске бурильной колонны и небреж­ ность при использовании механизмов, регулирующих подачу бурильной колонны. Приведем следующий пример подобный ава­ рии. При новом комплекте 114-мм бурильных труб с утяжеленным

18

не было. Из-за частых аварий комплект бурильных труб был заме­ нен, после чего аварии прекратились. Этот и ряд других случаев свидетельствуют в том, что первая же перегрузка бурильной колонны ведет затем к аварийности. Последующие меры по пре­ дупреждению аварий, т. е. снижение осевых нагрузок на долото, уменьшение числа оборотов, установка в нижней части колонны утяжеленных бурильных труб не устраняют последствий пере­ грузки бурильной колонны.

Применение ручного труда для подачи на забои бурильной колонны является одной из причин аварий из-за перегрузок ее нижней части. При отсутствии автоматов или полуавтоматов по­ дача колонны зависит от опыта бурильщика.

Допускаются перегрузки, а следовательно, и аварии при работе с регуляторами подачи долота. Основной обязанностью буриль­ щика при использовании регулятора становится непрерывный контроль за работой приборов. При отказе одного из узлов регу­ лятора подачи долота возможна перегрузка бурильных колонн. Поэтому никакие отлучки бурильщика в процессе бурения недо­ пустимы.

Скрытые дефекты в трубах. Иногда на трубные базы поступают трубы, имеющие скрытые дефекты, которые не были обнаружены в процессе изготовления. Отсутствие на трубных базах приборов для определения скрытых дефектов приводит к тому, что факти­ чески бракованные трубы поступают на буровую. Дефекты в соче­ тании с возникшими усталостными напряжениями труб ускоряют

труб внутрь. Однако это снижает площадь сечения трубы для про­ хождения бурового раствора, а в процессе изготовления высажен­ ных труб часто происходит брак. Видимые дефекты высаженных концов на внутренней и внешней стороне устраняются непосред­ ственно на заводе, а скрытые дефекты в теле высаженной части, незаметные с внешней и внутренней поверхности высадки, при­ водят к авариям. К скрытым дефектам относятся плены, раковины, расслоения, неметаллические включения, структурная неоднород­ ность металла после нормализации и т. д.

недостаточном их количестве часто в высаженной части бурильных труб образуются зоны усталости, которые способствуют возникно­ вению аварий. Если длина УБТ недостаточна для создания тре­ буемой осевой нагрузки на долото, то может произойти продоль­ ный изгиб труб и могут возникнуть большие изгибающие моменты, приводящие к поломкам труб.

в металле. К повреждениям труб относятся вмятины от инородных тел (крупных обломков твердых пород или шарошек, попадающих в кольцевое пространство); царапины и поперечные риски, образо­ ванные при работе клиньями или машинными ключами; дефекты проката главным образом на внутренней поверхности труб. Сломы труб в местах вмятин происходят чаще вблизи высадки, на участке трубы с нормальной толщиной стенки.

Частой причиной слома труб по телу являются вмятины от ша­ рошек. Незамеченная вмятина является местом концентрации на­ пряжений. В результате этого возникает поперечная трещина, кото­ рая приводит к слому трубы. Вмятины обычно образуются в ста­ рых трубах.

Примером аварии, вызванной описанными причинами, является следующий случай. При спуске бурильной колонны от удара об

ненормальная работа долота, стали поднимать бурильную колонну, при этом происходили многократные затяжки (усилия превышали на 15—25 тс собственный вес бурильной колонны). После извле­

Шарошка была извлечена магнитным фрезером. Бурение продол­ жили с теми же трубами. Спустя 5—6 дней появились признаки снижения давления бурового раствора. В связи с тем, что состоя­ ние насосов, нагнетательной линии и замковых соединений было хорошее, для выявления причин снижения давления была произве­

шинстве случаев вследствие образования трещин от вмятин. Образованию трещин и прогрессивному их увеличению от ультрамикроскопических до видимых размеров способствует кор­ розия. По утверждению Д. Е. Брентли [7] процесс коррозии труб происходит следующим образом. «Металл стенок трубы подвер­ гается переменным напряжениям, вследствие чего происходят взаимные смещения в кристаллах. Эти смещения переходят в тон­ чайшие трещинки, через которые получают доступ к поверхностям

21

кристаллов кислоты и кислород из глинистого раствора. В резуль­ тате окисления первоначальные трещинки увеличиваются, происхо­ дит дальнейшая их концентрация и все это заканчивается обрывом трубы».

Сама по себе коррозия не вызывает поломки труб, если она происходит не на участках усталостного разрушения металла. Основной причиной являются трещины, возникающие в результате усталостных явлений в металле, а коррозия является содействую­ щим фактором. При рассмотрении излома обнаружено наличие зон разрыва: одна — свежая, другая — покрытая коррозией. Последняя свидетельствует об образовании вначале незначительной трещины, которая затем увеличилась до пределов, вызвавших разрыв трубы.

После обработки промывочной жидкости некоторыми поверх­ ностно-активными веществами усталостная прочность материала труб резко снижается. Микроскопически малые количества приме­ сей таких веществ могут играть большую роль в ускорении разру­ шения металла, а следовательно, и в поломке бурильных труб. Изучая причины аварий, необходимо всегда учитывать влияние поверхностно-активных веществ.

Случаи слома труб в теле из-за одностороннего протирания при роторном бурении встречаются редко. Участки труб, имеющие односторонний износ, обычно выявляются при подъеме бурильной колонны из скважины. Поэтому только невнимательностью можно объяснить возникновение таких аварий.

Еще реже стали происходить сломы труб по телу из-за таких дефектов в трубных заготовках как загрязнение металла, инород­ ные металлические включения, плены, раковины и т. д. Аварии вследствие брака трубных заготовок происходят в единичных слу­ чаях. Возникновение их объясняется образованием зоны усталости при концентрации напряжений вблизи дефекта.

Слом труб по спирали. В литературе [10, 64] отмечаются случаи разрушения труб по спирали, возникающие при вращении колонны бурильных труб в обсаженном стволе или в скважине, диаметр которой больше диаметра бурильных труб на 100 мм. Спиральный слом возникает в результате образования поперечной трещины на поверхности трубы. Угол спирали с осью трубы составляет прибли­ зительно 45°.

Слом трубы от скручивания. Встречаются случаи слома труб в поперечном направлении от скручивания. Они возникают от при­ ложения чрезмерных крутящих моментов. На рис. 4 показан попе­ речный слом трубы в теле от скручивания без разрушения трубы по спирали.

Разрушение трубы произошло от непрерывного приложения вращающегося момента в течение 6 ч при освобождении прихва­ ченной бурильной колонны. Труба разрушилась посередине. Ниж­ няя ее часть оказалась прихваченной и не имела изогнутости по спирали. Она была легко извлечена после расфрезерования. Верх­ няя часть трубы имела явно выраженные формы скручивания по

22