Бурильной колонны

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Поиск источников:  «Буровая колонна»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( февраль 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Фотография сломанного сегмента бурильной колонны

Бурильной колонны на буровой установки является столбец или строку, из бурильной трубы , которая передает буровой жидкости (через буровые насосы ) и крутящий момент (через привод келли или верхний привод ) к буровому долоту . Термин свободно применяется к собранной коллекции пула контрабандистов, утяжеленных бурильных труб, инструментов и бурового долота. Бурильная колонна является полой, так что буровой раствор может закачиваться через нее и циркулировать обратно в кольцевое пространство (пустота между бурильной колонной и обсадной колонной / открытым стволом).

Компоненты бурильной колонны [ править ]

Бурильная колонна, вид вверх вышку в виде хулигана и его хвост рыбы немного на удлинителе. Фотография сделана в 1938 году для компании Climax-Molybdenum Co. завода в колонии Айова, штат Техас .

Бурильная колонна обычно состоит из трех секций:

• Узел низа бурильной колонны (КНБК)
• Переходная труба, которая часто представляет собой тяжелую бурильную трубу (HWDP).
• Бурильная труба

Узел низа бурильной колонны (КНБК) [ править ]

Узел низа бурильной колонны (КНБК) состоит из бурового долота , который используется для разрушения горных пород ; У , которые тяжелые, толстостенные трубы , используемые для применения веса к буровому долоту; и стабилизаторы бурения , которые удерживают узел в центре отверстия. КНБК может также содержать другие компоненты, такие как забойный двигатель и роторная управляемая система (RSS), инструменты для измерения во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD). Компоненты соединяются вместе с помощью прочных резьбовых соединений. Короткие «переходники» используются для соединения элементов с разными нитями.

Переходная труба [ править ]

Тяжелые бурильные трубы (HWDP) могут использоваться для перехода между утяжеленными бурильными трубами и бурильными трубами. Функция HWDP заключается в обеспечении гибкого перехода между утяжеленными бурильными трубами и бурильной трубой. Это помогает снизить количество усталостных отказов, наблюдаемых непосредственно над КНБК. Вторичное использование HWDP - добавление дополнительного веса буровому долоту. HWDP чаще всего используется в качестве нагрузки на долото в наклонно-направленных скважинах. HWDP может быть непосредственно над воротами в угловой секции скважины, или HWDP может быть найден перед точкой начала в более мелкой секции скважины.

Бурильная труба [ править ]

Бурильные трубы составляют большую часть бурильной колонны до поверхности. Каждая бурильная труба содержит длинную трубчатую секцию с заданным внешним диаметром (например, 3 1/2 дюйма, 4 дюйма, 5 дюймов, 5 1/2 дюйма, 5 7/8 дюйма, 6 5/8 дюйма). На каждом конце трубчатой ​​бурильной трубы расположены участки большего диаметра, называемые замками. Один конец бурильной трубы имеет охватываемое («штифт») соединение, а другой - охватывающее («коробчатое») соединение. Замки бурильных труб имеют резьбу, что позволяет стыковать каждый сегмент бурильной трубы со следующим сегментом.

Спуск бурильной колонны [ править ]

Большинство компонентов бурильной колонны изготавливаются длиной 31 фут (диапазон 2), хотя они также могут изготавливаться длиной 46 футов (диапазон 3). Каждый 31-футовый компонент называется суставом. Обычно 2, 3 или 4 стыка соединяются вместе, образуя подставку. Современные береговые буровые установки способны обрабатывать стойки длиной около 90 футов (часто называемые тройными).

Вытягивание бурильной колонны из скважины или спуск бурильной колонны в скважину называется спуско-подъемным механизмом . Бурильная труба, HWDP и муфты обычно укладываются в стойку на платформу обезьяны, которая является составной частью буровой вышки, если они должны быть снова спущены в скважину после, скажем, замены долота. Точка разъединения («разрыв») изменяется при каждом последующем обходе так, чтобы после трех обходов каждое соединение было разорвано, а затем снова восполнено с применением свежей смазки для труб.

Заклинило бурильную колонну [ править ]

Заклинивание бурильной колонны может быть вызвано многими ситуациями.

• Уплотнение из-за оседания шлама обратно в ствол скважины при остановке циркуляции.
• Дифференциально, когда существует большая разница между пластовым давлением и давлением в стволе скважины. Бурильная колонна прижимается к одной стороне ствола скважины. Усилие, необходимое для протягивания колонны вдоль ствола скважины в этом случае, является функцией общей площади контактной поверхности, разницы давлений и коэффициента трения.
• Заклинивание замочной скважины происходит механически в результате натягивания на изгиб при спотыкании.
• Адгезия из-за того, что он не перемещается в течение значительного времени.

После того, как трубчатый элемент застрял, существует множество методов, используемых для извлечения трубы. Инструменты и экспертные знания обычно предоставляются нефтесервисной компанией. Два популярных инструмента и техники - это нефтяной яс и поверхностный резонансный вибратор. Ниже приводится история этих инструментов с описанием того, как они работают.

История банок [ править ]

Механический успех бурения канатными инструментами во многом зависел от устройства, называемого ясами, изобретенного бурильщиком с пружинными столбами Уильямом Моррисом во времена соляных скважин 1830-х годов. Мало что известно о Моррисе, за исключением его изобретения и того, что он указал округ Канава (сейчас в Западной Вирджинии) в качестве своего адреса. Моррис получил 2243 доллара США  за этот уникальный инструмент в 1841 году для бурения артезианских скважин. Позже, используя ясы, кабельная инструментальная система смогла эффективно удовлетворить потребности в бурении скважин на нефть.

С течением времени ясы были усовершенствованы, особенно бурильщиками, и к 1870-м годам они достигли наиболее полезной и работоспособной конструкции благодаря другому документу US 78958,  полученному в 1868 году Эдвардом Гиллодом из Титусвилля, штат Пенсильвания, который касался использования стали. на поверхности банок, которые подвергались наибольшему износу. Много лет спустя, в 1930-х годах, были изготовлены очень прочные банки из стального сплава.

Набор банок состоял из двух взаимосвязанных звеньев, которые могли телескопировать. В 1880 году у них был люфт около 13 дюймов, так что верхняя тяга могла быть поднята на 13 дюймов до включения нижней тяги. Это столкновение произошло, когда крестовины сошлись вместе. Сегодня существует два основных типа ясов: гидравлические и механические. Хотя их соответствующие конструкции сильно различаются, их работа аналогична. Энергия накапливается в бурильной колонне и внезапно высвобождается ясом при срабатывании. Банки могут быть спроектированы так, чтобы подниматься, опускаться или и то и другое одновременно. В случае образования яса над застрявшей компоновкой низа бурильной колонны бурильщик медленно подтягивает бурильную колонну, но КНБК не перемещается. Поскольку верх бурильной колонны движется вверх, это означает, что сама бурильная колонна растягивается и накапливает энергию. Когда банки достигают точки огня,они внезапно позволяют одной секции яса перемещаться в осевом направлении относительно второй, быстро подтягиваясь вверх почти так же, как один конец растянутой пружины перемещается при отпускании. После перемещения на несколько дюймов эта движущаяся секция врезается в стальной уступ, создавая ударную нагрузку.

В дополнение к механическому и гидравлическому вариантам ясы классифицируются как буровые или рыболовные ясы. Работа этих двух типов схожа, и оба они наносят примерно одинаковый удар, но яс сконструирован таким образом, чтобы лучше выдерживать вращательную и вибрационную нагрузку, связанную с бурением. Ясы спроектированы таким образом, чтобы их можно было переустанавливать с помощью простых манипуляций со колонной, и они могут повторять операции или запускать перед извлечением из скважины. Эффективность сотрясения определяется тем, насколько быстро вы можете воздействовать на банки. При работе без компаундера или ускорителя вы полагаетесь только на растяжение трубы, чтобы поднять утяжеленные бурильные трубы вверх после того, как яс высвободился, чтобы создать восходящий удар в ясе.Это ускоренное восходящее движение часто будет уменьшаться за счет трения рабочей колонны по сторонам ствола скважины, что снижает скорость восходящего движения утяжеленных бурильных труб, которые ударяются о яс. На малых глубинах удар яса не достигается из-за отсутствия растяжения трубы в рабочей колонне.

Когда одно только растяжение трубы не может обеспечить достаточно энергии, чтобы освободить рыбу, используются компаундеры или ускорители. Компаундеры или ускорители активируются, когда вы перетягиваете рабочую струну и сжимаете сжимаемую жидкость на расстояние нескольких футов, одновременно активируя рыболовный сосуд. Когда рыболовный яс высвобождает накопленную энергию в компаундере / ускорителе, утяжеленные бурильные трубы поднимаются вверх с высокой скоростью, создавая сильный удар в ясе.

Системная динамика банок [ править ]

Яс основан на принципе растяжения трубы для создания упругой потенциальной энергии, так что когда яс спотыкается, он полагается на массы бурильной трубы и муфт, чтобы набрать скорость и впоследствии ударить по опорной секции яса. В результате этого удара возникает сила или удар, который преобразуется в энергию.

История поверхностно-резонансных вибраторов [ править ]

Идея использования вибрации для освобождения застрявших объектов из ствола скважины возникла в 1940-х годах и, вероятно, возникла из-за использования вибрации в 1930-х годах для забивки свай в Советском Союзе. Раннее использование вибрации для забивки и извлечения свай ограничивалось работой на низких частотах; то есть частоты меньше основной резонансной частоты системы, и, следовательно, хотя и эффективный, процесс был только улучшением по сравнению с обычным молотковым оборудованием. Ранние патенты и обучение пытались объяснить задействованный процесс и механизм, но им не хватало определенной степени сложности. В 1961 г. компания AG Bodine получила патент США 2972380 ^[1], который должен был стать «материнским патентом» для извлечения труб из нефтяных месторождений с использованием звуковых методов. Г-н Бодин представил концепцию резонансная вибрация, которая эффективно устраняет реактивную часть механического импеданса , тем самым создавая средства эффективной передачи звуковой энергии. Впоследствии г-н Бодин получил дополнительные патенты, направленные на более целенаправленное применение технологии.

Первая опубликованная работа по этой методике была описана в докладе Общества инженеров-нефтяников (SPE) 1987 года, представленном в Международной ассоциации буровых подрядчиков в Далласе, штат Техас ^{[2], с} подробным описанием характера работы и достигнутых операционных результатов. Упомянутая работа по извлечению хвостовика, насосно-компрессорных труб и бурильных труб была очень успешной. Ссылка 2 ^[3], представленная на Ежегодной технической конференции и выставке Общества инженеров-нефтяников в Анахайме, Калифорния, ноябрь 2007 г., более подробно объясняет теорию резонансных колебаний, а также ее использование для извлечения длинных участков труб, застрявших в буровом растворе.

Системная динамика поверхностных резонансных вибраторов [ править ]

Поверхностные резонансные вибраторы основаны на принципе встречного вращения эксцентриковых грузов для передачи синусоидального гармонического движения от поверхности рабочей струне на поверхности. Ссылка 3 (выше) дает полное объяснение этой технологии. Частота вращения и, следовательно, вибрации колонны труб настраивается на резонансную частоту системы. Система определяется как поверхностный резонансный вибратор, колонна труб, рыба и удерживающая среда. Результирующие силы, передаваемые рыбе, основаны на следующей логике:

• Силы доставки от поверхности являются результатом статической избыточной силы от буровой установки, а также динамической составляющей силы вращающихся эксцентриковых грузов.
• В зависимости от статической составляющей силы натяжения результирующая сила на рыбу может быть либо растягивающей, либо сжимающей из-за синусоидальной составляющей волны силы от осциллятора.
• Первоначально во время запуска вибратора требуется некоторая сила для подъема и опускания всей массы груза системы. Когда вибратор настраивается на резонансную частоту системы, импеданс реактивной нагрузки сводится к нулю благодаря реактивному сопротивлению индуктивности (массе системы), равному реактивному сопротивлению податливости или жесткости (эластичности трубы). Остающийся импеданс системы, известный как сопротивление резистивной нагрузки, - это то, что удерживает прихваченную трубу.
• Во время резонансных колебаний, A продольной синусоидальной волны проходит вниз по трубе к рыбе с сопутствующим массы трубы , которая равна четверти длины волны на резонансной вибрирующей частоте .
• Явление, известное как псевдоожижение зерен почвы, происходит во время резонансной вибрации, в результате чего зернистый материал, ограничивающий застрявшую трубу, трансформируется в жидкое состояние, которое оказывает небольшое сопротивление движению тел через среду. По сути, он приобретает характеристики и свойства жидкости.
• Во время вибрации трубы происходит расширение и сжатие тела трубы, известное как коэффициент Пуассона , так что когда застрявшая труба подвергается осевой деформации из-за растяжения, ее диаметр сокращается. Точно так же, когда длина трубы сжимается, ее диаметр увеличивается. Поскольку отрезок трубы, подвергающийся вибрации, испытывает чередующиеся растягивающие и сжимающие силы в виде волн вдоль своей продольной оси (и, следовательно, продольных деформаций), ее диаметр будет расширяться и сжиматься в унисон с приложенными волнами растяжения и сжатия. Это означает, что в разные моменты цикла вибрации труба может фактически быть свободна от крепления.

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• Извлечение прихваченной трубы с использованием методов поверхностной резонансной вибрации
• Данные и размеры бурильных труб