Бурильная колонна

Фотография сломанного сегмента бурильной колонны.

на Бурильная колонна буровой установке представляет собой колонну или колонну бурильных труб , которая передает буровой раствор (через буровые насосы ) и крутящий момент (через ведущий привод или верхний привод ) на буровое долото . Этот термин широко применяется к собранной коллекции пула контрабандистов, бурильных труб , инструментов и буровых долот. Бурильная колонна является полой, поэтому буровой раствор через нее можно закачивать и циркулировать обратно вверх по затрубному пространству (пустоту между бурильной колонной и обсадной колонной/открытым стволом).

Компоненты бурильной колонны

С шероховатой шейкой и коронкой «рыбий хвост» на удлинителе, 1938 год, завод Climax-Molybdenum Co., колония Айова, Техас.

Бурильная колонна обычно состоит из трех секций:

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

Компоновка низа бурильной колонны (КНБК)

Компоновка низа бурильной колонны (КНБК) состоит из: бурового долота , которое используется для разрушения горных пород ; утяжеленные бурильные трубы , представляющие собой тяжелые толстостенные трубки, используемые для приложения веса к буровому долоту; и стабилизаторы бурения , которые удерживают сборку по центру скважины. КНБК может также содержать другие компоненты, такие как скважинный двигатель и роторно-управляемую систему (RSS), инструменты измерения во время бурения (MWD) и каротажа во время бурения (LWD). Компоненты соединяются друг с другом с помощью прочных резьбовых соединений. Короткие «переходники» используются для соединения предметов разнородными нитями.

Переходная труба

Тяжелая бурильная труба (HWDP) может использоваться для перехода между утяжеленными бурильными трубами и бурильной трубой. Функция HWDP заключается в обеспечении гибкого перехода между утяжеленными бурильными трубами и бурильной трубой. Это помогает уменьшить количество усталостных отказов, наблюдаемых непосредственно над КНБК. Вторичное использование HWDP — добавление дополнительного веса сверлу. HWDP чаще всего используется в качестве груза на долото в наклонно-направленных скважинах. HWDP может находиться непосредственно над муфтами на наклонном участке скважины, либо HWDP может находиться перед точкой зареза на более мелкой секции скважины.

Бурильная труба

Бурильная труба составляет большую часть бурильной колонны, поднимающейся на поверхность. Каждая бурильная труба состоит из длинной трубчатой ​​секции с заданным наружным 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 бурильной трубы расположены трубчатые участки большего диаметра, называемые замками. Один конец бурильной трубы имеет охватываемое («штыревое») соединение, а другой — гнездовое («коробчатое») соединение. Соединения бурильных труб имеют резьбу, что позволяет соединить каждый сегмент бурильной трубы со следующим сегментом.

Запуск бурильной колонны

Большинство компонентов бурильной колонны производятся длиной 31 фут (диапазон 2), хотя они также могут быть изготовлены длиной 46 футов (диапазон 3). Каждый компонент 31 стопы называется суставом. Обычно 2, 3 или 4 сустава соединяются вместе, чтобы получилась подставка. Современные береговые буровые установки способны обрабатывать клети длиной около 90 футов (часто называемые тройными).

Вытягивание бурильной колонны из скважины или спуск ее в скважину называется спуском . Бурильная труба, HWDP и муфты обычно устанавливаются обратно в стойки на опорную платформу, которая является компонентом вышки, если их необходимо снова спустить в скважину после, скажем, замены долота. Точка разъединения («разрыв») меняется при каждой последующей поездке туда и обратно, так что после трех поездок каждое соединение разрывается, а затем снова восстанавливается с нанесением свежей смазки для труб.

Застрявшая бурильная колонна

Застревание бурильной колонны может быть вызвано многими ситуациями.

• Засор из-за оседания шлама обратно в ствол скважины при остановке циркуляции.
• Дифференциально, когда существует большая разница между пластовым давлением и скважинным давлением. Бурильная колонна прижимается к одной стороне ствола скважины. В этом случае сила, необходимая для протягивания колонны вдоль ствола скважины, является функцией общей площади контактной поверхности, разницы давлений и коэффициента трения.
• Залипание замочной скважины происходит механически в результате подтягивания в сторону при спотыкании.
• Адгезия из-за отсутствия перемещения в течение значительного времени.

Если трубчатый элемент застрял, для извлечения трубы используется множество методов. Инструменты и опыт обычно предоставляются нефтесервисной компанией. Двумя популярными инструментами и методами являются нефтепромысловый яс и поверхностный резонансный вибратор. Ниже приведена история этих инструментов, а также то, как они работают.

История банок

Яс 8-дюймовый (красный и белый) на обсадных трубах

Механический успех бурения канатным инструментом во многом зависел от устройства под названием «ясы», изобретенного бурильщиком с пружинными столбами Уильямом Моррисом во времена соляных колодцев в 1830-х годах. О Моррисе мало что известно, за исключением его изобретения и того, что в качестве своего адреса он указал округ Канава (ныне в Западной Вирджинии). Моррис получил патент за этот уникальный инструмент в 1841 году для бурения артезианских скважин. Позже, используя ясы, система канатных инструментов смогла эффективно удовлетворить потребности в бурении нефтяных скважин.

Со временем банки совершенствовались, особенно руками бурильщиков, и к 1870-м годам они достигли наиболее полезной и работоспособной конструкции благодаря другому патенту, полученному в 1868 году Эдвардом Гийодом из Титусвилля, штат Пенсильвания, который касался использования стали в поверхности банок, подвергавшиеся 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 выдвигаться. В 1880 году люфт составлял около 13 дюймов, так что верхнюю тягу можно было поднять на 13 дюймов до того, как зацепилась нижняя тяга. Это столкновение произошло, когда поперечины сошлись вместе. Сегодня существует два основных типа: гидравлические и механические ясы. Хотя их конструкции совершенно разные, принцип действия у них схожий. Энергия накапливается в бурильной колонне и внезапно высвобождается ясом при его срабатывании. Банки могут быть рассчитаны на удар вверх, вниз или на то и другое. В случае возникновения яса над прихваченной компоновкой низа бурильной колонны бурильщик медленно подтягивает бурильную колонну, но КНБК не движется. Поскольку верхняя часть бурильной колонны движется вверх, это означает, что сама бурильная колонна растягивается и накапливает энергию. Когда банки достигают точки воспламенения, они внезапно позволяют одной секции банки перемещаться в осевом направлении относительно второй, быстро поднимаясь вверх почти так же, как перемещается один конец растянутой пружины, когда ее отпускают. После нескольких дюймов движения эта движущаяся секция врезается в стальной обочину.создание ударной нагрузки.

Помимо механических и гидравлических версий, ясы классифицируются как буровые или рыболовные ясы. Работа этих двух типов аналогична, и оба наносят примерно одинаковый удар, но буровой яс сконструирован таким образом, что он может лучше выдерживать вращательные и вибрационные нагрузки, связанные с бурением. Ясы предназначены для сброса путем простого манипулирования струной и допускают многократное срабатывание или запуск перед извлечением из скважины. Резкая эффективностьопределяется тем, насколько быстро вы можете нагружать банки весом. При работе в ясе без компаундера или ускорителя вы полагаетесь только на растяжение трубы, чтобы поднять утяжеленные бурильные трубы вверх после освобождения яса, чтобы создать в ясе удар вверх. Это ускоренное движение вверх часто уменьшается за счет трения рабочей колонны по бокам ствола скважины, что снижает скорость движения вверх утяжеленных бурильных труб, которые ударяются о яс. На малых глубинах воздействие яса не достигается из-за недостаточной растяжки трубы в рабочей колонне.

Когда само по себе растяжение трубы не может обеспечить достаточно энергии для освобождения рыбы, используются компаундеры или ускорители. Компаундеры или ускорители подаются под напряжением, когда вы слишком сильно натягиваете рабочую струну и сжимаете сжимаемую жидкость на расстояние хода в несколько футов и в то же время активируете рыболовный яс. Когда рыболовный яс высвобождает накопленную энергию в компаундере/ускорителе, поднимает утяжеленные бурильные трубы вверх с высокой скоростью, создавая сильный удар в ясе.

Системная динамика банок

В основе ясов лежит принцип 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 удариться о упорную часть яса. В результате этого воздействия возникает сила или удар, который преобразуется в энергию.

История поверхностно-резонансных вибраторов

Резонансный вибратор на поверхности нефтяного месторождения

Идея использования вибрации для освобождения застрявших объектов из ствола скважины возникла в 1940-х годах и, вероятно, возникла в 1930-х годах, когда в Советском Союзе вибрация использовалась для забивки свай. Первое использование вибрации для забивки и извлечения свай ограничивалось низкочастотной работой; то есть частоты меньше основной резонансной частоты системы, и, следовательно, хотя этот процесс и был эффективным, он был лишь усовершенствованием обычного молоткового оборудования. Ранние патенты и учения пытались объяснить задействованный процесс и механизм, но им не хватало определенной степени сложности. В 1961 году А.Г. Бодин получил патент. это должно было стать «материнским патентом» на добычу нефти в трубах с использованием ультразвуковых методов. Г-н Бодин представил концепцию резонансной вибрации , которая эффективно устраняет реактивную часть механического сопротивления , что приводит к созданию средств эффективной передачи звуковой энергии. Впоследствии г-н Бодин получил дополнительные патенты, направленные на более целенаправленное применение этой технологии.

Первая опубликованная работа по этому методу была изложена в документе Общества инженеров-нефтяников (SPE) 1987 года, представленном Международной ассоциацией буровых подрядчиков в Далласе, штат Техас. подробное описание характера работы и достигнутых операционных результатов. Указанная работа по извлечению хвостовика, НКТ и бурильных труб оказалась очень успешной. Ссылка вторая представленный на ежегодной технической конференции и выставке Общества инженеров-нефтяников в Анахайме, Калифорния, в ноябре 2007 г., более подробно объясняет теорию резонансной вибрации , а также ее использование при извлечении длинных труб, застрявших в буровом растворе.

Системная динамика поверхностно-резонансных вибраторов

Поверхностные резонансные вибраторы основаны на принципе встречного вращения эксцентриковых грузов для передачи синусоидального гармонического движения от поверхности рабочей колонне на поверхности. Ссылка №3 (выше) дает полное объяснение этой технологии. Частота вращения и, следовательно, вибрации колонны труб настроена на резонансную частоту системы. Система определяется как поверхностный резонансный вибратор, колонна труб, ловушка и удерживающая среда. Результирующая сила, действующая на рыбу, основана на следующей логике:

• Силы доставки с поверхности являются результатом статической тяговой силы буровой установки, а также динамической составляющей силы вращающихся эксцентриковых грузов.
• В зависимости от составляющей статической силы перетягивания результирующая сила на рыбу может быть либо растяжением, либо сжатием из-за синусоидальной составляющей волны силы от вибратора.
• Первоначально при запуске вибратора необходима некоторая сила для подъема и опускания всей массы груза системы. Когда вибратор настраивается на резонансную частоту системы, реактивной нагрузки сопротивление сводится к нулю благодаря реактивному сопротивлению индуктивности (массе системы), равному реактивному сопротивлению податливости или жесткости (упругости трубы). Остаточное сопротивление системы, известное как сопротивление резистивной нагрузки, удерживает застрявшую трубу.
• Во время резонансной вибрации продольная синусоидальная волна распространяется по трубе к рыбе с сопутствующей массой трубы, равной четверти длины резонансной колебаний частоты волны .
• Явление, известное как псевдоожижение зерен почвы, происходит во время резонансной вибрации , в результате чего зернистый материал, удерживающий застрявшую трубу, преобразуется 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. Аналогично, когда длина трубы сжимается, ее диаметр увеличивается. Поскольку участок трубы, подвергающийся вибрации, испытывает попеременные растягивающие и сжимающие силы в виде волн вдоль ее продольной оси (и, следовательно, продольные деформации), ее диаметр будет расширяться и сжиматься в унисон с приложенными растягивающими и сжимающими волнами. Это означает, что в разные моменты цикла вибрации труба фактически может быть физически свободна от соединения.

См. также

• Глубоководное бурение
• Погружное бурение

Внешние ссылки

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