ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Межотраслевой региональный центр повышения квалификации и
переподготовки специалистов
УТВЕРЖДАЮ
Зав. кафедрой
_______________________
«___»_______________20___г.
ЗАДАНИЕ
НА КУРСОВОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
По курсу: Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин
Студенту: гр. НБпкбзс 14-2 Осипов А.А.
Тема проекта: «Способы ликвидации прихватов и расчет ударного механизма (УМ) для заданных условий». Вариант №4,3
Исходные данные: представлены в разделе 4. Расчет ударного механизма УМ, на стр. 9 ________________________________________________________________
Рекомендуемая литература: Заливин В.Г. Осложнения при бурении нефтяных и газовых скважин: учеб. пособие. - Иркутск: Изд-во НИУ ИрГТУ, 2010.-256 с.
Осложнения и аварии при бурении нефтяных и газовых скважин: методические указания, Фигурак А.А. – Иркутск: ИрГТУ, 2013 – 40 с.
Графическая часть на ______________ листах.
Дата выдачи задания «___»_______________2016г.
Дата представления проекта руководителю «___» ___________2016г.
Руководитель курсового проектирования _____________________________
Содержание
Введение. 4
1. Основные понятия и определения. 5
2. Способы ликвидации прихватов бурильных колонн...6
3. Ликвидация прихватов с помощью ударных механизмов.............................8
4. Расчет ударного механизма УМ......................................................................9
Заключение..12
Список использованных источников..13
Введение
Анализ аварий при бурении структурно-поисковых и разведочных скважин на нефть и газ позволил специалистам выявить наиболее характерные виды прихватов и вероятные причины их возникновения. Около 26% прихватов возникает за счет перепада давления (I категория по классификации А.К.Самотоя), 32%-вследствие заклинивания инструмента (II категория) и 42% - по причине сужения ствола скважины в связи с осыпями, обвалами, сальникообразованиями, оседанием шлама и утяжелителя (III категория). Подобная картина наблюдается и в геологоразведочной отрасли, за исключением прихватов I категории, которые не так широко распространены, как при бурении скважин большого диаметра.
Сопоставление данных по прихватам показывает наличие однотипных по причинам и тяжести аварий. Однако более высокая избирательность как методов их ликвидации, так и технических средств, особенно ударных, позволила зарубежным специалистам значительно сократить затраты времени и ресурсов на устранение прихватов. В отечественной практике УМЛП начали применяться в последние 25-30 лет, но их использование чаще носит эпизодический характер, особенно это характерно для геологоразведочной отрасли, где ударные механизмы вообще отсутствуют в перечне необходимых аварийных технических средств. В тоже время статистика показывает, что применение УМЛП при бурении нефтяных и газовых скважин весьма эффективно, особенно при ликвидации прихватов II категории. При этом вероятность извлечения прихваченного инструмента составляет 0.7 (на примере УЛП-190-1). Применение ясов различного принципа действия приводит к положительным результатам при устранении прихватов III категории. В этом случае наибольший эффект достигается при обработке аварийного инструмента ударными импульсами в совокупности с интенсивным расхаживанием инструмента или установкой жидкостных ванн.
Для ликвидации прихватов, обусловленных действием перепада давления (I категория) успешно используются испытатели пластов, создающие депрессию в зоне аварии. Поэтому правомерным является появление ряда конструкций УМЛП, оказывающих комплексное воздействие на прихваченный снаряд и сочетающих ударные нагрузки с одновременным снижением гидростатического давления в зоне аварии. Таким образом, конструктивные особенности и универсальный характер ударных механизмов, показывающих достаточную надежность при ликвидации большинства типов прихватов, свидетельствуют о перспективности данного класса машин, а опыт работы организаций, Миннефтепрома по конструированию УМЛП может стать отправным пунктом при создании эффективных устройств для скважин малого диаметра.
Основные понятия и определения
В современных условиях бурения, характеризующихся разнообразием геологического строения районов, ростом глубин скважин, высокими давлениями и температурами, а также солевой агрессией, приводящими к деструкции БР, наличием толщ проницаемых отложений и неустойчивых пород, сложными конструкциями скважин и компоновок низа бурильных колонн, разнообразием систем химических обработок буровых растворов, сложной пространственной конфигурацией скважин, вопросам предупреждения прихватов бурильных и обсадных колонн, а также способам ликвидации последствий осложнений отводится первостепенная роль.
Под прихватом бурильной колонны понимается невозможность подъема её из скважины при технически допустимых натяжениях. Предельные нагрузки определяются прочностью бурильных труб или других наиболее слабых элементов колонны, подъемного оборудования, вышки.
Под затяжкойбурильной колонны при ее подъеме понимается значительное увеличение нагрузки на крюке, при которой по техническим нормам разрешается поднимать бурильную колонну.
Посадкаколонны называется отмечаемое индикатором веса существенное снижение нагрузки на крюке. Обычно выделяют уменьшение нагрузки на крюке в процессе спуска бурильной колонны при прохождении сужений, желобов, уступов в отличие от разгрузки колонны при достижении ею забоя. Возможны сужения и другие препятствия, когда колонна при технически допустимой разгрузке на крюке не доходит до забоя.
Для заклинивания характерно жесткое сопротивление продольному перемещению или вращению колонны, обусловленное резкой посадкой ее в желоб, в сильно искривленный участок, перегиб ствола или сужение. Это особенно часто наблюдается при изменении компоновки колонны, спуске жестких большого диаметра длинных элементов в пробуренный ранее с использованием менее жесткой компоновки ствол, в сужение, созданное обвалообразованием или сильно изношенным по диаметру долотом или калибратором. При небольших превышениях нормального уровня усилий и крутящего момента говорят о подклинивании.
Все виды рассматриваемых осложнений обусловлены сильным взаимодействием бурильной колонны со стенками скважины. Обвалообразования, сопровождающиеся сужением ствола, обрушением, накоплением крупных кусков породы в кавернах и на забое, образованием пробок и сальников, часто могут вызвать посадки, затяжки, заклинивания и прихваты. Другая причина прихватов - прижатие бурильной колонны к стенке, глинистой корке, под действием перепада давлений в системе скважина - пласт и нормальной составляющей ее собственного веса на наклонном участке.
Способы ликвидации прихватов бурильных колонн
Расхаживание и отбивка ротора. Расхаживание - способ ликвидации прихвата, при котором к БИ прикладывается нагрузка на какое-то значение превышающая его вес (буровик может превышать нагрузку на 20тонн, а мастер на 30тонн). Рдоп=σтек.матер.F/К; F – площадь тела трубы, F=785(D2-d2); К – коэффициент запаса прочности, К=1.2-1.3; σтек.матер. – предел текучести материала(σтек.матер.=380кг/см2).
Отбивка ротора – забиваются клинья и вращают инструмент, находящийся в клиновом захвате в право, для этого рассчитывается дополнительное число оборотов: σр=Рраст/(Fтрубы.К);
Гидровибрирование. Для придания колебательных движений колонне БТ используется энергия гидравлического удара путем отключения на этот период компенсаторов БН или части клапанов насосов. Данный способ может дать результат в сочетании с рассаживанием или установкой жидкостных ванн, поскольку при вибрировании нарушается контакт со стенками скважины, снижается коэффициент трения в контактной зоне и образуются каналы, которые легко заполняются агентом ванны.
Взрывной метод. Существуют шнуровые торпеды, которые послу проверки прохождения до места прихвата взрывают, создается встряхивание, инструмент освобождается. При встряхивании труб выполняют следующие операции: 1.производится расхаживание труб, а если не потеряна циркуляция, то и промывка скважины; 2.определяется зона прихвата; 3.собирается торпеда заданной длины, спускается в скважину и устанавливается напротив всей зоны прихвата или над долотом при его заклинивании; 4.производится натяг труб с максимально возможной силой и моментом; 5.осуществляется взрыв; 6.колонна труб поднимается (в случае необходимости производится ее расхаживание).
Гидроимпульсный метод. Рекомендуется для ликвидации прихватов, вызванных действием перепада давления, заклинивания колонн в желобных выработках или обломках породы. Необходимым условием при этом является нахождение нижней части колонны БТ на некотором расстоянии от забоя скважины, что ликвидация будет происходить сбиванием колонны вниз.
Ликвидация прихватов с помощью жидкостных ванн. В качестве агентов ванны используют нефть (эффективен в интервалах проницаемых пород, вызванных действием перепада давления, и не рекомендуется при ликвидации прихватов, произошедших в результате заклинивания труб посторонними предметами или обрушившейся горной породой, в желобах, в суженной части ствола скважины или в нарушенной ОК), воду, кислоты (карбонатные, глинисто карбонатные интервалы), щелочи и др. продукты.
Суть в том, что агент проходя мимо места прихвата разрушает корку или породу. Объем прокачиваемого агента: Vагент=VкольцпростК, К=1,2. объем продавочной жидкости: Vпрод=Vтрубы+Vкол прост.
Применение технических ударных устройств. Ясс – это приспособление, которое включается в состав БК и при натяжении начинает сотрясать колонну. Могут быть гидравлические и механические. Яссы представляют собой раздвижные устройства, которые приводятся в действие натяжением проволоки. Они предназначены для создания динамических ударов. Гидравлический ясс для удара вверх срабатывает автоматически, когда его плунжер достигает участка цилиндра диаметром большим, чем диаметр плунжера, что приводит к резкому увеличению его скорости. Механический ясс предназначен для создания удара вверх и вниз.
Отвинчивание колонны. При отвинчивании колонны с использованием взрыва в большинстве случаев удается освободить весь инструмент или большую его часть путем многократного отвинчивания в сочетании с промывкой инструмента и скважины через разъединенную колонну труб. При отвинчивании труб необходимо: 1.провести расхаживание и, если не потеряна циркуляция, промыть скважину; 2. закрепить резьбовое соединение БТ; 3.наметить место отворота труб и разгрузить резьбовое соединение(нейтральное сечение), намеченное для отвинчивания, от веса верхней части колонны (место отворота выбирается в устойчивой части разреза в интервале отсутствия каверн); 4.посадить натянутую колонну труб на трубные клинья, что бы предотвратить ее смещение относительно ствола ротора; 5. приложить к колонне труб обратный вращающий момент (против чс), равный 1/3, но неболее ½, закручиваемого момента, и застопорить колонну; 6.опустить торпеду, установить в намеченном интервале и взорвать; 7.поднять из скважины кабель с остовом торпеды, грузом и держателем; 8.расстопорить ротор и приступить к развинчиванию труб.
Отстрел. Применяется тогда, когда другие методы ликвидации аварии оказываются безуспешными или их применение экономически не выгодно. Спускаем торпеду до намеченного интервала и взрываем.
Последующие действия имеют 2 пути: 1)Если интервал прихвата мал, то его разбуривают; 2)если интервал прихвата большой, то врезают новый ствол.