Состав бурильной колонны и назначение отдельных её элементов.

Бурильная колонна (за исключением появившихся в последнее время непрерывных труб) составляется из бурильных труб с помощью резьбового соединения. Соединение труб между собой обычно осуществляется с помощью специальных соединительных элементов — бурильных замков, хотя могут использоваться и беззамковые бурильные трубы. При подъеме бурильной колонны (с целью замены изношенного долота или при выполнении других технологических операций) бурильная колонна каждый раз разбирается на более короткие звенья с установкой последних внутри вышки на специальной площадке — подсвечнике или (в редких случаях) на стеллажах вне буровой вышки, а при спуске она вновь собирается в длинную колонну.

Собирать и разбирать бурильную колонну с разборкой ее на отдельные (одиночные) трубы было бы неудобно и нерационально. Поэтому отдельные трубы предварительно (при наращивании инструмента) собираются в так называемые бурильные свечи, которые в дальнейшем (пока бурение ведется данной бурильной колонной) не разбираются.

Свеча длиной 24—26 м составляется из двух, трех или четырех труб при использовании труб длиной соответственно 12, 8 и 6 м. В последнем случае в целях удобства две 6-метровые трубы предварительно соединяются с помощью соединительной муфты в двухтрубку (колено), которая в дальнейшем не разбирается.

В составе бурильной колонны непосредственно над долотом или над забойным двигателем всегда предусматриваются утяжеленные бурильные трубы (УБТ), которые, имея кратно большие, по сравнению с обычными бурильными трубами, массу и жесткость, позволяют создавать необходимую нагрузку на долото и обеспечивают достаточную жесткость низа инструмента во избежание его продольного изгиба и неуправляемого искривления ствола скважины. УБТ используются также для регулирования колебаний низа бурильной колонны в сочетании с другими ее элементами.

В состав бурильной колонны обычно включают центраторы, калибраторы, стабилизаторы, фильтры, часто — металло-шламоуловители, обратные клапаны, иногда — специальные механизмы и устройства, такие как расширители, маховики, забойные механизмы подачи, волноводы, резонаторы, амортизаторы продольных и крутильных колебаний, протекторные кольца, имеющие соответствующее назначение.

Для управляемого искривления ствола скважины в заданном направлении или же, напротив, для выправления уже искривленного ствола в состав бурильной колонны включают отклонители, а для сохранения прямолинейного направления ствола скважины используют специальные, нередко довольно сложные, компоновки нижней части бурильной колонны.

схема компоновки бурильной колонны

1 — ствол вертлюга; 2, 7 — левая и правая трубные резьбы; 3 — переводник вертлюга; 4, 9 — левая и правая замковые резьбы; 5, 8 — верхний и нижний штанговые переводники; 6 — ведущая труба; 10 — предохранительный переводник; 11 — замковая резьба; 12 — замковая муфта; 13 — трубная резьба; 14 —бурильная труба (6 м); 15 — соединительная муфта; 16 — переходный переводник; 17 — предохранительное кольцо;18 — утяжеленные бурильные трубы; 19 — амортизатор; 20 — муфтовый переводник; 21— центратор; 22 — забойный двигатель; 23 — калибратор; 24 — буровое долото

Требования к бурильной колонне. Условия работы бурильной колонны.

    1) Иметь рациональную компоновку, обеспечивающую достаточную прочность всех своих составных элементов, способную противостоять действию всех возможных нагрузок, включая инерционные, ударные, вибрационные и знакопеременные нагрузки, а также внутренние и наружные избыточные давления;

    2) иметь минимальную массу, обеспечивающую минимальные затраты энергии на спускоподъемные работы, но обеспечивающую создание необходимых осевых нагрузок на долото и передачу крутящего (или восприятие реактивного) момента;

    3) обеспечивать циркуляцию бурового раствора с минимальными гидравлическими потерями в циркуляционной системе;

    4) обеспечивать выполнение любых технологических операций при возникших осложнениях или авариях (заливка зон поглощений, спуск и установка обсадных колонн, профильных перекрывателей, освобождение инструмента от прихвата, проведение ловильных работ и др.).

    5) иметь конструкцию составных элементов (труб, замков, др.), обеспечивающую надежный захват спуско-подъемным инструментом (элеваторами и клиновыми захватами) и освобождение при СПО и других операциях и надежное крепление труб и других элементов колонны между собой, исключающее самоотвинчивание или заедание, причем, при наличии однотипных элементов они должны быть взаимозаменяемы;

    6) иметь конструкцию резьбовых соединений, подвергающихся частому свинчиванию – развинчиванию (замковые детали), обеспечивающую быстрое выполнение этих операций и минимальное изнашивание;

    7) должна составляться из элементов, поверхности которых должны быть износостойкими к абразивному изнашиванию при трении о стенки скважины и буровой раствор, а также при захвате ключами и клиновыми захватами, но в то же время причиняющих минимальный износ внутренней стенки ранее спущенных обсадных колонн;

    8) изготовляться из технологичных в обработке материалов, имеющих, помимо высокой прочности и ударной вязкости, высокую устойчивость к действию агрессивных сред;

    9) быть в целом экономичной.

    При всех способах бурения бурильная колонна находится в условиях сложного напряженного состояния. Особенность работы бурильной колонны как длинномерного упругого тела заключается в том, что различные ее участки в один и тот же момент времени подвергаются действию различных, большей частью динамических, нагрузок: растяжению, сжатию, изгибу, кручению, внутреннему и наружному давлениям и избыточным давлениям. Поэтому с практической точки зрения представляет интерес определение напряженного состояния наиболее нагруженных участков колонны с тем, чтобы выработать принципы эксплуатации, обеспечивающие ее длительную и безаварийную работу.

    Все многообразие нагрузок можно привести к силам и моментам, вызывающим:

    1) Нормальные напряжения, направленные вдоль оси колонны,-растяжения, сжатия, поперечного и продольно-поперечного изгиба; изгиб под действием поперечных сил называется поперечным изгибом, а если тело нагружено еще и продольной силой, то изгиб называется продольно-поперечным; эти напряжения обусловлены: а)действием собственного веса бурильной колонны, течением и давлением жидкости; б)силами сопротивления перемещению; в)поперечными силами (реакции стенок скважины); г) инерционными силами;

    2) окружные нормальные напряжения от сил давления жидкости;

    3) радиальные нормальные напряжения от давления жидкости;

    4) сложные (радиально- окружные) нормальные напряжения (смятия) в клиновых захватах;

    5) касательные напряжения, обусловленные крутящим моментом.