CC BY
11
УДК 622.323:621.07
РАБОТОСПОСОБНОСТЬ БУРОВЫХ СКВАЖИННЫХ ТРУБ И ИХ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ КОМПЬЮТЕРНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
К.т.н. Самедов Ф.А., к.т.н.Меликов Р.Х.
Азербайджанский Государственный Университет Нефти и Промышленности
Аннотация
В статье рассмотрены некоторые аспекты применения буровых труб в процессе бурения, а также наиболее оптимальные методы их конструирования с применением компьютерных программ. Показано, что создание и использование компьютерных технологий позволяет значительно облегчить процесс проектирования и вычерчивания элементов буровых труб. Подготовлена программа для создания чертежа буровой трубы.
Ключевые слова: усталостная прочность, несимметричный цикл, муфта, ниппель, компьютерные технологии.
Key words: fatigue durability, asymmetric cycle, coupling, nipple, computer technologies.
Буровые трубы занимают особое и очень важное место среди бурового оборудования для нефтяных и газовых скважин. При глубоком бурении, а также в условиях работы количество оказываемых на их прочностные характеристики негативных факторов растут.
В таких условиях большое значение имеет проектирование и строительство новых конструкций трубопроводов для успешного бурения скважин, уменьшения их веса и укрепления физико-механических свойств материалов буровых труб.
Известно, что трубопровод бурильных труб выполняет следующие основные функции:
1) перенос вращательного движения на ось сверления;
2) передача реактивного крутящего момента, создаваемого во время
вращения турбины или электрического бура, на неподвижный стол ротора;
3) передача осевой нагрузки на буровой инструмент;
4) очистить дно скважины от бурильной породы, а также, чтобы привести в движение гидравлические двигатели, доставляемые на дно скважины, обеспечить доставку необходимых растворов;
5) поднятие выкопанной породы для испытаний и опускание в скважину различных установок для исследования подошвы скважины;
6) расширение дна скважины, устранение возможных несчастных случаев и так далее.
Комплект бурильных труб формируется из ведущей трубы, состоящей из замка трубопровода, муфты и приводов, соединённых друг с другом, бурильных труб и особо нагруженных бурильных труб.
Сборка бурильных трубопроводов ведётся в зависимости от конструкции скважины, метода бурения и от геологического состояния Земли. Во избежание возможных аварий, бурильные трубы должны иметь необходимую статическую прочность и запас прочности, который обеспечивает устойчивость к усталости.
В таких условиях изучение прочности материалов труб против усталости, при различных нагрузках, представляется наиболее важным вопросом. Характеристики усталостной прочности этих материалов должны изучаться не только при простом (одноосном) нагружении и при обычных условиях, но и при довольно сложных эксплуатационных условиях работы бурильных скважин.
Известно, что буровые трубы работают в коррозионной среде статических и переменных нагрузок. Из-за увеличения глубины бурения возрастает значимость их против усталостной прочности.
Вместе с увеличением глубины бурения наряду с известными нагрузками увеличивается и отрицательное влияние различных факторов на прочность бурильной трубы. В таких обстоятельствах особенно важно уменьшить вес бурильной трубы и увеличить физико-механические свойства
её частей для успешного бурения скважин.
Исследования показывают, чтобы иметь успех при глубоком бурении одним из основных направлений является использование в качестве материала для труб высокопрочных и коррозионно-стойких материалов из относительно легких по весу сплавов стали.
Здесь, исследования различных типов материалов бурильных труб, должны проводиться при различных деформациях, в разных средах и при изменяемых частотах нагрузок. Следует учитывать роль масштабных коэффициентов при расчёте усталостного износа бурильных труб, в том числе коррозии, могущего появиться вначале, а также влияние ингибиторов коррозии.
Следует отметить, что в настоящее время требуется точное изучение усталостной прочности в условиях действия двойного и объёмного напряжения используемых материалов и, в частности, сплавов цветных металлов, используемых для бурильных труб.
Деление на две группы - постоянный (растяжение и сжатие, касательное и скручивающее напряжения) и переменное напряжение (возникающие в результате соприкосновений напряжений от изгиба с переменным значением, при колебании топора, от движения бурового раствора и т. д., переменные напряжённости от натяжения-сжатия) возникающих нагрузок при эксплуатации бурильных труб очень целесообразно на практике. Такая группировка напряжений позволяет более полноценно описывать условия работы бурильных труб и, следовательно, возникает возможность для поисков критериев их прочности.
При выборе конструкции трубопровода необходимо уделять особое внимание оптимальному соответствию между его статической прочностью и весом. Уменьшение веса бурильных труб, изготовленных из лёгких сплавов с высокими показателями прочности стали, гарантирует облегчение работы подъёмных механизмов буровой установки.
Исследования показывают, что вес и диаметр бурового трубопровода
должны быть выбраны такими, чтобы они удовлетворяли самым благоприятным условиям эксплуатации бурильной установки. Производство приемлемых, высокопрочных, лёгких бурильных труб является необходимым условием для обеспечения повышения эффективности и техническо-экономических характеристик буровых установок.
Широкие возможности современных электронно-вычислительных машин и компьютерной графики должны использоваться для проектирования новых конструкций буровых трубопроводов.
Были проведены определённые исследования для выявления оптимального варианта соединения буровых труб, одним из ключевых узлов которого являются буровые муфты. Для подготовки программы чертежа узла муфты и трубы были использованы стандартные условные переходы (15, 20, 25, 32, 40, 50) мм и основные размеры конструкции. Поскольку прямые муфты симметричны относительно передних и горизонтальных осей, поэтому только 1/4 их часть достаточно закодировать и написать программу для этой части. Оставшиеся симметричные части соответствующих преобразований можно получить без их кодирования. Поэтому была составлена подпрограмма для У части муфты.
Таким же образом была подготовлена программа для создания чертежа буровой трубы. Здесь была подготовлена подпрограмма для 1/2 части буровой трубы. Таким образом, труба симметрична относительно фронтальной оси. Чертежи остальных частей получаются из этих преобразований.
Для составления общей программы муфта-труба были использованы подпрограммы и определённые преобразования. Так как чертёж узла симметрична переднему и горизонтальному плоскостям, достаточно запрограммировать 1/4 часть муфты и 1/2 часть буровой трубы. Поэтому подпрограммы 1/4 части муфты и 1/2 части буровой трубы включены в общую программу. На рис. 2 показана полная и 1/2 версия чертежа буровой трубы.
Как отмечено выше, буровой трубопровод работает под очень сложным напряжением в имеющейся основной среде. При глубоком бурении имеет большое значение прочность и работоспособность трубопроводов. Поэтому очень важно найти, близкие к идеальным, геометрические формы оптимальных конструкций буровых трубопроводов и их частей. Программное обеспечение может помочь в создании оптимальных проектных чертежей в течение небольшого времени и для любых форм.
Рис. 2. Полная и 1/2 части бурильной колонны. Литература
1. Раабен А. А. Монтаж и ремонт бурового и нефтепромыслового оборудования. М., 1980, 182 с.
2. Джанахмедов О.Х. Эксплуатация и ремонт нефтепромыслового обoорудования. Баку, 1999, 231 c.
3. Журавлев А.С. AutoCAD для конструкторов. Стандарты ЕСКД в AutoCAD
Изд. Наука и техника., 2012., 220с.
