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

в данном случае. Кроме того, если в деталях имеются отклонения по элементам резьбы, особенно по конусности, они способствуют неправильному распределению радиального давления, а следова­ тельно, приводят к возникновению трещин.

Отмечены случаи продольных и поперечных разрушений замков и соединительных муфт вследствие неправильной термообработки. Поперечные сломы замковых деталей происходят по впадине пер­ вой нитки резьбы ниппеля и на участке, заключенном между резь­ бовыми концами муфты или ниппеля, а также наблюдаются про­ дольные сломы по образующей.

У муфт поперечные сломы происходят в теле посередине, а про­ дольные— по образующей. Разрушения от неправильной термо­ обработки легко опознаются по характеру слома и по периоду возникновения; торцы сломанных деталей в поперечном направле­ нии имеют мелкозернистую структуру. Аварии с такими соедини­ тельными элементами происходят обычно при первых трех спускоподъемах. Иногда детали замков и соединительных муфт разру­ шаются из-за неправильной термообработки еще до работы в скважине.

Встречаются случаи оставления в скважине части бурильной колонны вследствие слома ниппеля или муфты по резьбе. Эти раз­ рушения возникают под действием переменных нагрузок, которые способствуют образованию усталостных трещин в местах концент­ рации напряжений. Такие же аварии происходят и с переводни­ ками для бурильных колонн.

Слом УБТ и ведущей трубы. В утяжеленных бурильных трубах, так же как и в замках, происходят сломы колец ниппеля и муфты. Причины их те же, что и сломов замков деталей по резьбе или труб по утолщенному краю. Кроме того, УБТ, у которых ослаблена верх­ няя часть выточкой под элеватор, подвергаются слому на участках

по 8-ми ниточной резьбе после 26 ч бурения в интервале 0—284 м, тогда как другие ведущие трубы работали 1000—1300 ч. По меха­ ническим свойствам материал ведущей трубы не соответствовал ГОСТ, ударная вязкость составляла 2,1 кгс-м/см2 вместо мини­ мально требуемой 4 кгс-м/см2 .

Эти ведущие трубы поставлялись без нормализации. Безупорное соединение ведущей трубы с переводниками спо­

24

т е л у — 10%; промыв труб по сварным швам —30%; промыв труб по телу — 13%. Лабораторные исследования показывают, что при­ чинами промыва труб по телу и по сварным швам являются загрязнения металла посторонними включениями, расслоения и другие дефекты в трубных заготовках [79].

Причинами поломки труб по сварным швам являются:

1) отсутствие соосности между трубой и привариваемым полу­ замком;

2)низкая ударная вязкость сварного шва по сравнению с удар­ ной вязкостью металла трубы из-за образования (в большинстве случаев) в сварном соединении окисных пленок;

3)трудность получения высококачественной обработки свар­ ного шва;

4)недостаточная площадь аварийного шва по сравнению с пло­ щадью сечения труб.

Основной причиной большого числа аварий, связанных со сло­ мом труб как по сварным швам, так и по телу трубы, является использование труб не по назначению. Так, применение для ротор­ ного бурения труб, у которых соединительные концы приварены к трубной заготовке, имеющей одинаковую толщину стенки по всей длине, послужило основной причиной аварии с ними. Аварии про­ исходили не только при бурении, но и при спуско-подъемных опе­ рациях, вследствие предшествующего надлома труб во время вра­ щения.

Разрушение резьбовых соединений

Резьбовые соединения разрушаются главным образом вслед­ ствие их размыва и износа как в процессе бурения, так и при спускоподъемных операциях. Но аварии по этой причине происходят значительно реже, так как разрушение резьбы легче выявить.

Например, при спуско-подъемных операциях визуально обна­ руживаются размытые резьбовые соединения и изношенные зам­ ковые резьбы, поэтому многие аварии можно предупредить. В про­ цессе бурения на размыв резьбового соединения указывает сниже­ ние давления и температуры циркулирующего бурового раствора.

Как отмечалось, при работе на забое бурильная колонна под­ вергается различным знакопеременным напряжениям. Колебания нижней части бурильной колонны особенно велики при проходке твердых пород. Передаваемые на резьбу усилия зависят от степени жесткости и плотности свинчивания труб. Если свинчивание про­ изводилось автоматически, то резьбовые соединения перемещаются незначительно. Недокрепление соединения способствует интенсив­

Одновременно на износ резьбы влияет число свинчиваний, ка­ чество бурового раствора, а также его давление в момент про­ качки. Большие давления при турбинном бурении и при бурении

26

гидромониторными долотами снижают сроки службы замковых, резьбовых соединений, что нехарактерно для роторного бурения и электробурения обычными долотами, где давления намного меньше. Чем больше давление бурового раствора и содержание в нем ино­ родных тел, обладающих абразивными свойствами, тем скорее изнашивается резьба. В результате всего этого плоскость сопри­ косновения витков резьбы уменьшается, увеличиваются усилия, действующие на ослабленную резьбу, и она разрушается.

Неотцентрированный по отношению к скважине фонарь вышки, а также плохого качества смазка для труб способствуют ускоре­ нию износа резьбы при ее свинчивании.

Много аварий происходит вследствие износа резьбовых соеди­ нений УБТ в связи с тем, что они работают в самых тяжелых условиях. Кроме того, резьба на соединениях УБТ слабее резьбы на замках, переводниках и долотах, так как она не подвергается термической обработке. УБТ изготовляют из стали группы проч­ ности Д, менее прочной, чем сталь 40ХН для замков и перевод­ ников. Как отмечалось, на качество резьбы влияет и качество, на­ резки ее. На УБТ приходится очень часто перенарезать резьбы, а следовательно, чаще пользоваться примитивными приспособле­ ниями— обычными стержневыми резцами. Тяжелые условия ра­ боты УБТ, низкая их прочность, неполное свинчивание, плохое

Если аварии со срывом замковой резьбы в соединениях относи­ тельно легче предупредить, так как за износом резьбы можно ве­ сти наблюдения, то невидимые повреждения в неразъемных соеди­ нениях затрудняют контроль за состоянием резьбы. Такими пов­

с соединениями, подвергающимися многократному свинчиванию. Это объясняется тем, что ослабляются места размыва на внешней части тела соединяемых элементов.

При размыве резьбовых соединений наблюдаются две зоны: зона прохождения жидкости через зазоры винтовой линии и зона истечения жидкости, или зона разрушения. Первая характеризу­ ется изменением высоты профиля резьбы и наличием разрушений по винтовой линии первых двух витков. Для второй зоны харак­ терно разрушение тела потоком жидкости. Хотя аварии этого рода происходят редко, они могут привести к тяжелым последствиям. Примером может быть следующий случай.

При спуске 92-й свечи оборвалась бурильная колонна вслед­ ствие размыва тела трубы (рис. 6). Было оставлено 2253 м бу­ рильной колонны. Верх трубы был обнаружен на глубине 217 м от устья скважины. После соединения колоколом пытались извлечь

27

трещин, которые размываются буровым раствором, в результате чего возникает авария. Кроме того, в местах дефекта на стенке труб изменяется направление движения жидкости, образуются за­

Они характерны для бурения с применением утяжеленных буровых растворов [47].

У труб с приварными соединительными концами размывы про­

к разрушениям, которые могли бы вызвать аварии. У этих эле­ ментов бурильной колонны разрушение обнаруживалось прежде, чем могла возникнуть авария, кроме случаев разрушения от раз­ мывов по резьбе, как показано на рис. 6.

Описанные выше аварии вызваны различными причинами, за­

Однако аварии с элементами бурильных колонн очень часто происходят вследствие механического воздействия на трубу, не­ исправности спуско-подъемного инструмента и ряда других при­ чин, не зависящих от условий работы в скважине. В результате этих причин происходит падение бурильных колонн или их отдель­ ных элементов в скважину.

Аварии с бурильными трубами из легких сплавов

Объем бурения трубами из легких сплавов ежегодно увеличи­

29