CC BY
41
А. М. Ермолаев
д-р техн. наук, научный консультант АО «НЦ ВостНИИ»'
М.Т. Кобылянский
д-р техн. наук, профессор кафедры ФГБОУ ВПО «КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева»
Т.В. Богданова
старший преподаватель кафедры ФГБОУ ВПО «КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева»
Д.М. Кобылянский
канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры ФГБОУ ВПО «КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева»
IV. ПРОБЛЕМЫ И СУЖДЕНИЯ PROBLEMS AND OPINIONS
УДК 622.24.058
МАГНИТНЫЕ ЛОВИТЕЛИ КАК СРЕДСТВО СНИЖЕНИЯ ТРАВМАТИЗМА ПРИ БУРЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ СКВАЖИН
В статье приводится обзор способов ликвидации аварий в буровых скважинах, в том числе, при искривлении ствола дегазационной скважины. Рассматривается возможность ведения аварийных работ в скважинах с помощью магнитных ловителей бурового инструмента на постоянных магнитах.
Ключевые слова: БУРОВАЯ СКВАЖИНА, БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ, АВАРИЯ, ТРАВМАТИЗМ, ЛОВИЛЬНЫЙ ПРЕДМЕТ
Под аварией в процессе Прихват или поломка бурового
бурения понимается не- инструмента, когда в скважине оста-предвиденное прекра- ются его элементы, связаны с ис-щение технологического кривлением ствола скважины. Прак-процесса, вызванное прихватом или тический опыт позволяет определить поломкой бурового инструмента с причины отклонения скважины от оставлением в скважине его элемен- прямолинейности, которые зависят в тов, для извлечения которых требу- основном от геологических условий. ется проведение специальных ло- Технологические и технические фак-вильных работ. торы также оказывают определен-
Аварийно-восстановительные ное влияние. Причины искривления работы при бурении и эксплуатации скважин геологического характера скважин, в частности, связанные с - неоднородность среды, в которой извлечением оборванного бурового проводится скважина. Искривле-инструмента, как показывает опыт, ние скважин происходит при встре-являются длительным и трудоем- че бурового инструмента с твердой ким процессом, включающим в себя поверхностью слоев породы, при значительную долю травмоопасного встрече твердых включений в виде ручного труда. Успех извлечения ме- колчеданов, а также при встрече талла из скважин зависит от таких дизъюнктивных геологических нару-факторов, как горнотехнические ус- шений и трещин. ловия, опыт и интуиция работников, Подземные дегазационные
тип и надежность ловильных инстру- скважины ориентированы под опре-ментов. Металлические предметы деленным небольшим углом (до 35°), извлекают магнитными ловителями, при котором сам став буровых штанг колоколами и метчиками различных под действием собственного веса ис-типов. В случае многих неудачных кривляется по параболе (рис. 1). рейсов ловителя в скважину ме- С другой стороны, буровой
таллические предметы подвергают инструмент (поз.1 на рис.1) встре-разрушению с помощью долот или чается с многочисленными прослой-башмачных фрезеров, торпед на- ками породы разной поверхностной правленного действия, химическим твердости, которые отражая инстру-или термическим способами. Как мент, оказывают искривляющее воз-крайняя мера - забуривается новый действие. В результате искривления ствол скважина, в который затем происходит обрыв буровых штанг в сталкиваются металлические пред- позиции 2 (рис.1). Многолетний опыт меты и цементируются там. бурения дегазационных скважин под
научно-технический журнал № 1-2016 ^^ ^^^
вестник 89
углом 20-30° в кровле пласта 26а на шахте «Аба-шевская» (Кузбасс) показал, что обрыв бурового става происходит при длине скважин в пределах 35-45 м. Поэтому для предотвращения обрывов длина скважин была определена в пределах 3032 м.
Как показывает практика, при обрыве буровых штанг неопытные бурильщики зачастую продолжают работу. В результате трение металла о металл приводит к нагреванию буровой стали, что в газовых условиях может вызвать взрыв метана.
В настоящее время наблюдается отставание развития техники для проведения аварийно-восстановительных работ в скважинах от развития буровой техники в целом. Несовершенство и
невысокие эксплуатационные параметры существующих ловильных инструментов затрудняют и увеличивают стоимость проведение работ по ликвидации аварий в бурении.
Наиболее эффективный способ очистки скважины от металла - извлечение его без предварительного разрушения с помощью захватных ловильных устройств. Захватные ловители предназначены для захвата и извлечения насо-сно-компрессорных, бурильных, обсадных труб и их элементов, целых и разрушенных турбо- и электробуров, долот и другого оборудования. По принципу действия захватные ловильные устройства разделяются на механические (зажимные, врезные, спиральные), магнитные, гидроструйные и сварочные.
Рисунок 1- Искривление ствола скважины в процессе бурения: 1 - буровая коронка на прямолинейном участке скважины; 2 - оборванная буровая коронка на искривленном участке скважины.
При невозможности по тем или иным причинам извлечения из скважины аварийного бурового инструмента его полностью фрезеруют режущим скважинным инструментом (фрезером). Бурильные трубы разрезают труборезами, «окна» в обсадных колоннах для забуривания нового ствола скважины прорезают райберами. В ряде случаев в глубоких скважинах, а также при большой длине застрявших аварийных объектов фрезерование становится нецелесообразным.
Помимо перечисленных видов скважинных инструментов также применяются комбинированные устройства, сочетающие в одной конструкции различные принципы работы, например, гидромеханический фрезер-паук.
Произведем оценку эффективности захватных ловильных инструментов с точки зрения выполнения основной функциональной задачи - надежной очистки скважины от аварийного бурового инструмента.
Зажимные механические ловители являются самым многочисленным подклассом улавливающих устройств. Они применяются
для ликвидации всех видов аварий, но особенно эффективны при извлечении оборванных или прихваченных бурильных и обсадных труб и забойных двигателей. Долота, элементы забойных двигателей и посторонние металлические предметы могут извлекаться пауками различных конструкцией. Основным достоинством зажимных ловителей является их большая грузоподъемность. Они имеют ряд существенных недостатков. Низкая надежность поиска и захвата - предметы выскальзывают из зажимных устройств, что вызывает необходимость неоднократно осуществлять подачу ловителя на забой для извлечения бурового инструмента из скважины. Малая универсальность (диапазон применимости) и долговечность (как правило, одно- двукратное использование), а также высокая трудоемкость снижают эффективность применения зажимных ловителей.
Врезные ловители захватывают и извлекают из скважины предметы за имеющуюся или вновь нарезаемую в их теле внутреннюю
90
(метчики) или внешнюю (колокола) резьбу. Метчики применяются главным образом при авариях с колоннами бурильных труб. Колокола, кроме того, могут использоваться для извлечения долот, расширителей, деталей забойных двигателей и других металлических предметов. Врезные ловители обладают большой грузоподъемностью, простой и надежной конструкцией. Однако, как и зажимные ловители, они имеют узкую область применения, большую степень износа, объясняющуюся характером работы инструмента, и быстро выходят из строя.
Магнитные ловильные инструменты по принципу действия совершенно отличаются от рассмотренных выше. В магнитных ловителях для захвата аварийного бурового инструмента используется энергия магнитного поля, воздействующего на извлекаемые металлические предметы. Благодаря этому исчезает необходимость в механических зажимных узлах. Однако отсутствие узлов с легко контролируемой и осязаемой силой удержания предметов, создающее определенную неуверенность в надежности работы магнитных устройств, послужило причиной создания множества комбинированных магнитомеханических ловителей. В
отечественной и зарубежной практике ремонта скважин магнитные ловильные устройства являются наиболее распространенным видом инструмента.
По способу создания силового магнитного поля магнитные ловители разделяются на электромагнитные устройства и ловители на постоянных магнитах. Исследования, проведенные фирмами США, показали бесперспективность электромагнитных
ловителей вследствие сложной технологии спуска и подъема инструмента [1].
В настоящее время в различных областях техники магнитные устройства на постоянных магнитах перешли в категорию наиболее перспективных и прогрессивных приспособлений. Новым направлением в конструировании грузоподъемных устройств является замена электромагнитов постоянными магнитами. Как показала эксплуатация грузоподъемных устройств на постоянных магнитах, при одинаковых габаритах и массе они способны поднять груз в 3-6 раз больше, чем электромагнитные устройства.
Анализ магнитных ловильных устройств в целом и сравнение их с другими типами ловителей показывают преимущество магнитного принципа захвата извлекаемых из скважин элементов бурового инструмента по сравнению с механическими способами. При магнитном захвате не имеют большого значения ни форма поверхности, ни размеры, ни механические свойства извлекаемых металлических предметов, ни положение, в котором они лежат на забое. При улавливании магнитным инструментом облегчен поиск и захват извлекаемых предметов на забое скважины, что значительно сокращает продолжительность и трудоемкость проведения ловильных работ [1].
В Кузбасском государственном техническом университете им. Т.Ф. Горбачева разработаны конструкции броневых магнитных ловителей на постоянных магнитах различных типоразмеров для взрывных, глубоких нефтегазовых, сверхглубоких и других скважин, обладающие силовыми и магнитными параметрами, в 3-8 раз превышающими параметры серийных магнитных ловителей равныхтипоразмеров.Существенноеповышение параметров магнитных ловителей достигнуто за счет применения высокоэффективной броневой компоновки магнитных систем, являющейся изобретением. Промышленные испытания и длительная опытно-промышленная эксплуатация магнитных ловителей на более чем 30 горных предприятиях России и стран ближнего зарубежья показали их высокую эффективность и надежность при ликвидации различных видов аварий, универсальность, прочность конструкций, безопасность в эксплуатации [2].
В результате применения новых магнитных ловителей в скважинах различного назначения отмечено снижение травматизма на 25% [3]. Кроме этого установлено:
- снижение процента бракуемых скважин в 1,3-2,6 раза;
- уменьшение расхода бурового инструмента на 2,5-3,5%;
- сокращение среднего времени ликвидации аварий в 2-3 раза;
- надежность извлечения оборвавшихся элементов бурового инструмента составляет 98% [2].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кобылянский, М.Т. Теоретические основы создания магнитных ловителей бурового инструмента / М.Т. Кобылянский, Т.В. Богданова - Кемерово: КузГТУ, 2013. - 244 с.
2. Кобылянский, М.Т. Магнитные ловители бурового инструмента (анализ и синтез): дис. ... докт. техн. наук:05.05.06 / М.Т. Кобылянский - Кемерово, 1999. - 373 с.
3. Курников, Ю.А. Магнитные устройства для очистки скважин / Ю.А. Курников, И.Ф. Концур, М.Т. Кобылянский, Л.И. Романишин; Под ред. Ю.А. Курникова. - Львов: Вища школа,1988.-108 с.
MAGNETIC CATCHERS AS THE MEAN TO REDUCE NUMBER OF INJURIES DURING UNDERGROUND HOLES DRILLING
Yermolaev A. M., Kobyliansky M. T., Bogdanova T. V., Kobyliansky D. M.
In the article the review of boreholes accident results liquidation including cases of degassing hole curving is given. Possibility to carry out the accident liquidation work in the boreholes using the drilling tool magnetic catchers on permanent magnets.
Key words: BOREHOLE, DRILLING TOOL, ACCIDENT, INJURY RATE, CATCHING SUBJECT
Ермолаев Алексей Михайлович
Кобылянский Михаил Трофимович e-mail: mixail.prof@yandex.ru
Богданова Татьяна Вительевна
Кобылянский Дмитрий Михайлович
yCh GaSos
Стационарный газоанализатор контроля параметров атмосферы в зоне отработанного пространства
Блок индикации и передачи данных
Индикация
Цветной графический экран позволяет отображать данные в режиме
«онлайн» для всех измеренных параметров одновременно. Возможен вывод любой статистики в виде графиков или диаграмм.
Управление
Антивандальные конпки
Передача данных
Передача измеренных и расчетных данных в систему сбора информации шахты по цифровому интерфейсу RS-485 и по аналоговому выходу 0,4-2В
Выносной блок для измерения концентрации газов и контроля параметров атмосферы
Измерение до 6 газов одновременно, а также температуры, относительной влажности и абсолютного давления одним блоком диффузионным методом без пробоотборного насоса.
Данная методика измерения позволяет снизить энергопотребление и повысить надежность газоанализатора
Зона отработанного пространства
