Изучение процесса изнашивания легкосплавной трубы в обсадной колонне

4.Изучение процесса изнашивания легкосплавной трубы в обсадной колонне.

4.1 Актуальность.

Вращающаяся в скважине бурильная колонна совершает сложное движение: вращение оси труб вокруг оси скважины и одновременное вращение вокруг своей оси. Соотношение этих скоростей вращения и определяет размер поверхности контакта и скорость износа внутренней поверхности обсадных труб.

[pic 1]

При трении также изнашиваются и соединительные замки бурильных труб. Интенсивность их износа в верхней (растянутой) части бурильной колонны по длине одного замка относительно равномерна. А в сжатой части, из-за пространственной упругой деформации в виде винтовой спирали, износ принимает бочкообразную форму.

[pic 2]

При работе в скважине бурильные трубы подвергаются абразивному изнашиванию при трении их наружных поверхностей об обсадную колонну. Изношенные бурильные трубы , переводят в пониженный класс, не позволяющий использовать их при бурении наклонно-направленных скважин в сложных геологических условиях.Трение и износ обсадных и бурильных труб при спуско-подъемных операциях, а также в процессе бурения являются причинами резкого снижения их надежности, появления деформаций, сквозного протирания обсадных колонн и возникновения серьезных аварийных ситуаций, как при строительстве, так и при последующей эксплуатации скважин.

При бурении скважин практически во всех случаях интенсивность протирания обсадных колонн зависит от сил прилипания и интенсивности трения соединительных замков бурильных труб к их внутренней части, а также интенсивный износ обсадной и бурильной колонн рассматриваются на участках:

- Локального искривления ствола в вертикальной и наклонной скважинах, вызванных различными трудными условиями бурения

-Большими углами падения пластов в вертикальных участках

-Отклонениями направления ствола от нормали к плоскости напластования пород в наклонных скважинах;

-Набора зенитного угла с небольшими ( 60... 120 м) радиусами искривления ствола.

-Корректировки траектории ствола наклонной скважины с применением различных видов отклонителей.

4.1.1 Износ и нагрузки в обсадной колонне.

Износ обсадных колонн при бурении глубоких вертикальных и наклонных скважин наблюдается на участках сильного  искривления ствола. Определяющие износ и протирание силы взаимодействия обсадных и бурильных труб  зависят от условий потери устойчивости и основных параметров состояния обсадных и бурильных труб в скважине, от качества центрирования обсадной колонны на участках локального искривления ствола, набора и спада зенитного угла скважины.

Обсадные колонны подвергаются воздействию различных нагрузок, основными из которых являются:

- осевые растягивающие нагрузки от веса колонны;

- осевые сжимающие нагрузки от веса колонны при ее посадке на уступы или забой;

- динамические нагрузки, возникающие при неустановившемся движении колонны;

- осевые статические нагрузки от избыточного давления и при изменении температуры;

- избыточные наружные и внутренние давления в затрубном пространстве и внутри обсадной колонны;

- изгибающие нагрузки из-за искривления колонны в результате потери устойчивости или при нахождении ее в искривленных участках ствола скважины.

Наиболее опасными нагрузками для обсадных колонн являются:
• осевые растягивающие,
• наружные избыточные давления,
• внутренние избыточные давления.

Основные виды износа обсадных и бурильных колонн, из-за необходимости предварительного изучения их упругодеформированного состояния в скважине, до настоящего времени исследованы недостаточно полно. Также, процесс бурения в реальных условиях отличается от лабораторных испытаний, поэтому необходимо правильно интерпретировать результаты с помощью критериев подобия и методами математического анализа (статистики).