что такое бурильная колонна

Бурильная колонна и ее элементы

Бурильная колонна – специальная конструкция, входящая в состав буровой установки для создания скважин со значительными показателями глубины. Конструкция бурильной колонны представляет непрерывную многозвенную систему полых труб, передающих усилие вращения от буровой установки на породоразрушающий инструмент, а также выполняющих набор дополнительных функций.

Бурильная колонна выполняет целый ряд функций, точный их перечень определяется в зависимости от того, какая установка используется для бурения скважины. Как было уже сказано ранее, бурильная колонна обеспечивает передачу усилия вращения от ротора установки к долоту, если речь идет о роторном бурении. При использовании турбобура или элетробура к числу основных функций бурильной колонны входит подача к породоразрушающему инструменту энергии, необходимо для работы забойного двигателя в скважине, а также восприятие порождаемого им реактивного момента. Помимо этих функций бурильная колонна обеспечивает выполнение не менее важных процессов, таких как спуско-подъемные операции, подача бурового раствора для очистки забоя и выноса выбуренной породы на поверхность, а также создает осевую нагрузку на долото.

В состав элементов конструкции бурильной колонны входит следующее буровое оборудование: к вертлюгу буровой установки с помощью специального переводника присоединяется верхняя труба колонны. Ведущая труба соединяется со стальными тонкостенными бурильными трубами, а они в свою очередь – с утяжеленными бурильными трубами. Надежное и качественное соединение этой конструкции обеспечивается использованием таких вспомогательных элементов как предохранительные переводники и муфты. В самой нижней точки конструкции размещается долото. В зависимости от проводимых работ в состав конструкции можно включать различные дополнительные инструменты для центровки, калибровки, стабилизации и амортизации. Для Дополнительно для достижения заданных целей могут использоваться вспомогательные инструменты. К их числу относятся обратные клапаны, используемые для предотвращения возможности поступления неочищенного раствора в колонну бурильных труб, фильтры – для исключения возможности попадания в колонну инородных тел, шламоуловители — для задерживания крупных фрагментов выбуренной породы, а также иные приспособления и буровые инструменты.

Одним из важнейших свойств буровой колонны является ее надежность, поскольку на значительной глубине она подвергается сразу множеству вредных воздействий: химических сред, значительному повышению температуры и перепадам давления. Особенно важна роль бурильной колонны при использовании роторного метода, так как в отличие от бурения забойным двигателем в данном случае она напрямую определяет эффективность процесса.

Чтобы задать вопрос или сделать заявку,
нажмите на кнопку ниже:

Источник

Бурильная колонна, ее назначение. Элементы буровой колонны.

БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА (а. drill pipe string, drill соlumn; н. Воhrsaule; ф. соlonne de forage; и. соlumna de sondeo) — ступенчатый полый вал, соединяющий породоразрушающий инструмент (долото) с наземным оборудованием при бурении глубоких скважин (например, на нефть илигаз).

Бурильная колонна используется для создания осевой нагрузки, передачи вращения долоту (см. Роторное бурение), подведения электрической (см. Электробур) или гидравлической (см. Турбинное бурение) энергии, подачи раствора для очистки забоя и выноса шлама, замера кривизны скважины и др.

Бурильная колонна состоит из ведущей трубы, тонкостенных стальных бурильных труб и утяжелённых бурильных труб, к нижний части которых присоединяется буровое долото. В зависимости от условий бурения вблизи долота устанавливаются центрирующие, калибрующие, стабилизирующие и расширяющие устройства. Верхняя труба бурильной колонны соединена с вертлюгом, который с помощью крюка, талевого блока и каната подвешен на кронблоке, установленном в верхней части буровой вышки (рис.).

При бурении на бурильную колонну действуют динамическая и статическая нагрузки, перепады давлений до 25 МПа, температура до 200°С, агрессивные среды. Надёжность бурильной колонны в значительной степени определяет эффективность бурения (особенно при роторном бурении).

Бурильная колонна представляет собой спущенную в скважину сборку из бурильных труб скрепленных между собой бурильными замками, предназначенную для подачи гидравлической и механической энергии к долоту, для создания осевой нагрузки на долото, а также для управления траекторией бурящейся скважины.

Являясь совместно с долотом и забойным двигателем буровым инструментом, бурильная колонна выполняет следующие функции:

передаёт вращение от ротора к долоту;
воспринимает от забойных двигателей реактивные моменты;
подаёт к забою промывочный агент;
подводит гидравлическую мощность к долоту и погружному гидравлическому двигателю;

вдавливает долото в горные породы на забое, действуя своей силой тяжести (осевую нагрузку на долото создает часть утяжеленных бурильных труб (УБТ), включенных в состав компоновки низа бурильной колонны (КНБК), часть утяжеленных бурильных труб (УБТ) служит для натяжения бурильной колонны (а именно для натяжения бурильных труб, как отвес) для создания перпендикулярности всей бурильной колонны относительно к поверхности земли). (правило до 75% от веса КНБК для создания осевой нагрузки на долото и 25% для натяжения бурильной колонны действует только на территории некоторых стран СНГ, многие заказчики и буровые подрядчики пренебрегаются этим правилом ставя приоритет на проходку); обеспечивает замену долота и погружного двигателя посредством транспортировки их к забою или на дневную поверхности;

позволяет вести аварийные и другие специальные работы в стволе скважины.

Бурильная колонна представляет собой спущенную в скважину сборку из бурильных труб, предназначенную для подачи гидравлической и механической энергии к долоту, для создания осевой нагрузки на долото, а также для управления траекторией бурящейся скважины.

Являясь совместно с долотом и забойным двигателем буровым инструментом, бурильная колонна выполняет следующие функции: передает вращение от ротора к долоту; воспринимает от забойных двигателей реактивные моменты; подает к забою промывочный агент; подводит гидравлическую мощность к долоту и погружному гидравлическому двигателю; вдавливает долото в горные породы на забое, действуя своей силой тяжести; обеспечивает замену долота и погружного двигателя посредством транспортирования их к забою или на дневную поверхность; позволяет вести аварийные и другие специальные работы в стволе скважины.

(рис. 5.1) включает в себя следующие элементы: бурильные трубы; утяжеленные бурильные трубы; ведущую (рабочую) бурильную трубу; переводники; отклонитель; центраторы, протекторы и другую оснастку.

Ведущая труба 2 соединена верхним концом с вертлюгом при помощи переводника ствола вертлюга и верхнего переводника ведущей трубы 1, а нижним концом — с колонной бурильных труб, спущенных в скважину, при помощи нижнего 3 и предохранительного 4 переводников ведущей трубы. Ведущая труба вращается ротором и через бурильную колонну передает вращение долоту при роторном бурении, а при турбинном — не позволяет при замкнутом стволе ротора вращаться бурильной колонне в противоположном направле-

Рис. 5.1. Конструкция бурильной колонны:

1 — верхний переводник ведущей трубы; 2 — ведущая труба; 3 — нижний переводник ведущей трубы; 4 — предохранительный переводник ведущей трубы; 5 — муфта замка; 6 — ниппель замка; 7 — бурильные трубы; 8 — протектор; 9 — переводник на УБТ; 10 — УБТ; 11 — центратор; 12 — наддолот-ный амортизатор

нии под действием реактивного момента погружного двигателя.

Бурильные трубы соединены друг с другом при помощи замков, которые состоят из муфты 5 и ниппеля 6.

Нижняя часть бурильной колонны составлена из УБТ 10, которые соединены друг с другом при по-мощи замковых резьб, нарезанных в виде ниппеля с одной стороны и в виде муфты — с другой. Посредством переводника нижний конец УБТ соединяется либо непосредственно с долотом, либо с погружным двигателем.

Источник

БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА

Бурильная колонна состоит из ведущей трубы, бурильных труб, бурильных замков, переводников, утяжеленных буриль­ных труб, центраторов бурильной колонны.

Предназначена она для следующих целей:

1) передачи вращения от ротора к долоту при роторном бурении;

2) подвода промывочной жидкости к турбобуру при тур­бинном бурении;

3) монтажа отдельных секций токопровода при бурении с электробуром;

4) создания нагрузки на долото;

5) подъема и спуска долота, турбобура, электробура;

6) проведения вспомогательных работ (расширение и про­мывка скважины, ловильные работы, проверка глубины сква­жины и т. д.).

Условия работы бурильной колонны при роторном спосо­бе и бурении с забойными двигателями различны. При ро­торном способе бурильная колонна, передающая вращатель­ное движение от ротора к долоту и осевую нагрузку на долото, испытывает ряд нагрузок.

Если бурильная колонна не касается забоя скважины и не вращается, то она подвержена только растягивающим усили­ям, которые достигают максимума у устья скважины. В про­цессе бурения скважины верхняя часть бурильной колонны растянута, а нижняя, опирающаяся на забой, — сжата.

Таким образом, бурильная колонна при бурении одновре­менно подвержена действию растягивающих и сжимающих усилий. При этом она всегда имеет сечение, в котором отсут­ствуют и сжимающие, и растягивающие усилия, а следова­тельно, и напряжения от этих сил.

Кроме напряжений растяжения и сжатия при передаче вращающего момента от ротора к долоту в бурильной колон­не возникают напряжения кручения, которые достигают мак­симума у устья скважины, а также изгибающие напряжения от действия центробежных сил, увеличивающиеся от устья к забою скважины.

Одновременное действие на бурильную колонну всех пе­речисленных сил осложняет условия ее работы при роторном способе бурения. В результате часто случаются аварии с бурильными трубами, бурильными замками и другими эле­ментами колонны [30].

При бурении скважины с забойным двигателем (турбобу­ром или электробуром) условия работы бурильной колонны значительно облегчаются. Она в этом случае не вращается и поэтому испытывает только растягивающие и сжимающие нагрузки, а также реактивный момент забойного двигателя. Последний имеет незначительное значение и в практических расчетах им можно пренебречь.

Рассмотрим подробнее элементы бурильной колонны. Ве­дущая труба имеет в большинстве случаев квадратное сече­ние. Вращающий момент от ротора передается ведущей тру­бе через вкладыши, вставляемые в ротор. Для каждого разме­ра трубы применяют соответствующие вкладыши, позволяю­щие ей свободно перемещаться вдоль оси скважины.

Серийно выпускаемые трубы имеют сборную конструк­цию, состоящую из собственно трубы, верхнего переводника для соединения с вертлюгом и нижнего переводника для соединения с бурильными трубами. Вертлюг обеспечивает вращение бурильной колонны, подвешенной на крюке в бу­ровой вышке, и подачу через нее промывочной жидкости. Вертлюг состоит из двух частей — системы вращающихся и неподвижных деталей. Неподвижная часть вертлюга подве­шивается к подъемному крюку, а к вращающейся части присоединяют бурильную колонну. Ведущие трубы выпуска­ются следующих размеров (со стороной квадрата): 112, 140 и 155 мм с диаметрами проходного канала соответственно: 74, 85 и 100 мм и длинами труб — 13, 14 и 14 м. Ведущие трубы изготовляют из прочных сталей.

Бурильные трубы изготовляются следующих конструкций:

1) с высаженными внутрь концами;

2) с высаженными наружу концами;

3) с приваренными присоединительными концами;

4) с блокирующим (стабилизированным) пояском;

5) беззамковые раструбные трубы.

Конструкции бурильных труб приведены на рис. 2.8. На бурильных трубах с высаженными внутрь концами выполнена конусная мелкая трубная резьба. Высадка внутрь на кон­цах трубы уменьшает ее внутренний диаметр. Соединяют такие трубы при помощи замков (рис 2.9, а) или муфт (рис. 2.9, б). Трубы этой конструкции весьма распространены. Длина их 6, 8 и 11,5 м при наружном диаметре 60, 73, 89 и 102 мм. Трубы диаметрами 114, 127, 140 и 168 мм выпуска­ются длиной 11,5 м.

Рис. 2.8. Бурильные трубы:

а — с высаженными внутрь концами; б — с высаженными наружу концами;

Рис. 2.9. Соединение бурильных труб с высаженными внутрь концами

Бурильные трубы с высаженными наружу концами имеют такую же резьбу, что и трубы с высаженными внутрь конца­ми. Высадка наружу обеспечивает одинаковый внутренний диаметр по всей длине трубы, что резко улучшает гидравли­ческую характеристику этих труб по сравнению с высажен­ными внутрь концами, так как значительно снижаются потери на преодолении сопротивлений при прохождении промы­вочной жидкости по бурильной колонне. Эти трубы соединя­ются также при помощи соединительных муфт или буриль­ных замков. Длина этих труб такая же, как и труб с выса­женными внутрь концами. Заводы выпускают трубы диамет­ром 60, 73, 89, 114 и 140 мм.

Сначала эти трубы предназначались для бурения скважин электробуром. При этом способе бурения требуется наличие в трубах широкого и одинакового по всей длине циркуляционно­го канала, обеспечивающего монтаж: токопровода и прохожде­ние промывочной жидкости. Однако опыт показал целесообраз­ность применения этих труб при турбинном способе бурения.

Бурильные трубы с приваренными соединительными кон­цами имеют равнопроходной канал по всей длине труб. Для их присоединения используется крупная замковая резьба.

В бурильных трубах с блокирующим (стабилизирующим) пояском за счет удлинения у замковых деталей цилиндричес­кой выточки и за счет обточки гладкого пояска на трубе вблизи резьбы достигается плотное сопряжение навинчивае­мого в горячем состоянии замка с трубой.

Так как на практике наиболее распространена вышка вы­сотой 41м, позволяющая использовать свечи длиной около 25 м, то бурильные трубы изготовляют длиной 6, 8 и 11,5 м. Поэтому свеча может быть собрана из четырех труб длиной 6 м каждая, трех труб длиной 8 м каждая или из двух труб длиной 11,5 м. При сборке свечи из четырех бурильных труб длиной 6 м две пары труб соединяются при помощи муфт, а так называемые двухтрубки — с использованием буриль­ных замков. При сборке свечи из трех бурильных труб длиной 8 м применяют две соединительные муфты и один бурильный замок. Две бурильные трубы длиной 11,5 м соеди­няют при помощи бурильных замков. Собранные свечи свин­чивают также с использованием бурильных замков.

Для соединения бурильных труб с высаженными внутрь концами предназначены два типа замков:

1) ЗШ — с диаметром проходного сечения, близким к диаметру проходного сечения высаженных концов буриль­ных труб;

2) ЗН — с диаметром проходного сечения, значительно меньшим диаметра проходного сечения высаженных концов бурильных труб.

Сужение проходного сечения в бурильных замках ЗН зна­чительно увеличивает потери давления при циркуляции про­мывочной жидкости. Поэтому они мало используются при роторном способе бурения и совсем не применяются в тур­бинном бурении.

Для соединения бурильных труб с высаженными наружу концами разработаны бурильные замки с увеличенным про­ходным сечением (типа ЗУ), обеспечивающие нормальные условия проходки скважины при турбинном бурении и буре­нии с электробуром.

Ниппель и муфта бурильного замка соединены при помо­щи конической крупной замковой резьбы, а эти детали с бурильными трубами — мелкой трубной резьбой. Крупная замковая резьба со значительной конусностью позволяет многократно свинчивать и развинчивать свечи с незначитель­ной затратой времени. Применение замков для соединения бурильных труб не только ускоряет проведение спускоподъемных операций, но и предотвращает бурильные трубы от преждевременного износа: при наличии замкового соедине­ния ключами захватываются не бурильные трубы, а ниппель и муфта замка. Поэтому бурильные замки изготовляют из более качественного металла.

Утяжеленныебурильные трубы (УБТ)устанавливают над долотом (турбобуром, электробуром) в целях увеличения же­сткости нижней части колонны. Их применение позволяет создать нагрузку на долото коротким комплектом соединен­ных между собой толстостенных труб, что улучшает условия работы бурильной работы.

Изготовляют УБТ двух типов: гладкие по всей длине (рис. 2.10, а) и с конусной проточкой (рис. 2.10, б) для лучшего захвата их клиньями во время спуска и подъема бурильной колонны. Комплект утяжеленных бурильных труб имеет одну наддолотную трубу 2 с выполненной на обоих концах внут­ренней замковой резьбой и несколько промежуточных труб 1, снабженных на верхнем конце внутренней, а на нижнем — наружной замковой резьбой.

Рис. 2.10. Утяжеленные бурильные трубы

Переводники предназначены для соединения элементов бу­рильной колонны, с различными типами резьбы.

Легкосплавные бурильные трубы.С увеличением глубины скважин стали изыскивать пути уменьшения массы буриль­ной колонны. Стальные бурильные трубы стали заменять бурильными трубами из алюминиевых сплавов. Выпускаются легкосплавные бурильные трубы с высаженными внутрь кон­цами диаметрами 73, 93, 114 и 147 мм. На концах этих труб нарезается стандартная трубная резьба. Свинчиваются они при помощи стальных бурильных замков особой конструк­ции. Применение легкосплавных бурильных труб позволило уменьшить массу колонны примерно в 2 раза.

Источник

Содержание

Компоненты бурильной колонны

Бурильная колонна обычно состоит из трех секций:

Узел низа бурильной колонны (КНБК)

Переходная труба

Бурильная труба

Спуск бурильной колонны

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 шарнира соединяются вместе, образуя подставку. Современные береговые буровые установки способны обрабатывать стойки длиной около 90 футов (часто называемые тройными).

Застряла бурильная колонна

Застревание бурильной колонны может быть вызвано многими ситуациями.

История банок

Успех механического 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) своим адресом. 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 бурения скважин на нефть.

Ясы со временем совершенствовались, особенно бурильщиками, и к 1870-м годам достигли наиболее полезной и работоспособной конструкции благодаря другому документу US 78958, полученному в 1868 году Эдвардом Гильодом 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 сошлись крестовины. 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. 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 воспламенения, они внезапно позволяют одной секции банки перемещаться в осевом направлении относительно второй, быстро поднимаясь 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.

Системная динамика банок

История поверхностно-резонансных вибраторов

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, 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, представленная на Ежегодной технической конференции и выставке Общества инженеров-нефтяников в Анахайме, Калифорния, ноябрь 2007 г., более подробно объясняет теорию резонансной вибрации, а также ее использование при извлечении длинных участков 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 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. Результирующая сила, передаваемая рыбе, основана на следующей логике:

Источник

БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА

ЛЕКЦИЯ 11

11.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

Бурильная колонна представляет собой спущенную в скважину сборку из бурильных труб, предназначенную для подачи гидравлической и механической энергии к долоту, забойным измерительным системам, для создания осевой нагрузки на долото, а также для управления траекторией бурящейся скважины.

Являясь совместно с долотом и забойным двигателем буровым инструментом, бурильная колонна выполняет следующие функции:

— передает вращение от ротора к долоту;

— воспринимает от забойных двигателей реактивные моменты;

— подает к забою промывочный агент;

— подводит гидравлическую мощность к долоту и погружному гидравлическому двигателю;

— вдавливает долото в горные породы на забое, действуя своей силой тяжести;

— обеспечивает замену долота и погружного двигателя посредством транспортирования их к забою или на дневную поверхность;

— позволяет вести аварийные и другие специальные работы в стволе скважины.

Бурильная колонна (рис. 11.1) включает в себя следующие элементы: бурильные трубы; утяжеленные бурильные трубы; ведущую (рабочую) бурильную трубу; переводники; отклонитель; центраторы, протекторы и другую оснастку.

Рис. 11.1. Конструкция бурильной колонны:

Источник