Защита обсадных колонн от износа

17.11.2020

Внутренняя поверхность кондукторов и промежуточных колонн изнашивается в процессе спуска и подъема долот, бурильных труб, забойных двигателей. Износ имеет двоякий характер. Резцы лопастных и фрезерных долот, зубцы и штыри шарошечных долот, твердосплавные вставки и алмазы расширителей, калибраторов и алмазных долот нередко профрезеровывают узкие, но довольно глубокие продольные канавки. Утяжеленные бурильные трубы, и особенно бурильные замки, вырабатывают желобообразные углубления, диаметр которых близок к наружному диаметру этих элементов.

По данным М.А. Кисельмана, распределение износа по длине обсадной колонны неравномерное. Наиболее сильно изнашиваются концевые участки, прежде всего, у устья и участки, приуроченные к местам изгиба колонны, а также к местам изменения внутреннего диаметра труб. Характер износа по длине колонны, обусловленный взаимодействием бурильных замков с поверхностью обсадных труб, волнообразный, причем выделяются «волны» трех типов: короткие с длиной до 3 м, средние с длиной до 12 м и длинные. Возникновение средних и длинных «волн» связано, по-видимому, с волнообразным характером искривления скважины и продольного изгиба колонны. Появление же коротких «волн» связано с поперечными колебаниями бурильной колонны, возникающими в результате ударов торцов замков о торцы обсадных труб. Поэтому короткие «волны» приурочены к концевым участкам обсадной колонны, а также к участкам стыковки обсадных труб разных внутренних диаметров.

Разработано несколько способов уменьшения интенсивности износа внутренней поверхности обсадных колонн. Так, для защиты от износа вооружением буровых долот созданы универсальные двухслойные оболочки, наносимые на боковые режущие поверхности инструмента. Материалом оболочки служат клеящие, антифрикционные и пластифицируемые вещества, твердость которых ниже твердости материала обсадных труб и резцов долота. Наружный слой оболочки обладает большей износостойкостью, чем внутренний. При бурении внутренний слой оболочки быстро разрушается.

Другим способом является применение специальных наддолотных центраторов со съемным центрирующим протектором из резины, полиэтилена или другого материала с меньшей, чем материал обсадных труб, твердостью и малым коэффициентом трения о сталь.

Для уменьшения износа обсадных труб бурильными замками используют специальные предохранительные кольца из эластичных материалов, нефтестойкой резины, которые надевают либо непосредственно на бурильный замок, либо на бурильную трубу у замкового конуса, либо в средней части бурильной трубы. Диаметр предохранительных колец должен быть несколько больше диаметра бурильного замка, чтобы касание бурильной колонны о поверхность обсадных труб происходило только в местах размещения колец. Положение колец на бурильной колонне по этой же причине должно быть строго фиксированным. Материал колец должен обладать высокой износостойкостью.

Весьма перспективны разъемные предохранительные кольца из алюминиевых сплавов. При трении такого кольца о шероховатую поверхность стальных обсадных труб изнашиваемый мягкий металл заполняет впадины между выступами шероховатости стальной поверхности и схватывается с ней. В результате уменьшаются общая шероховатость внутренней поверхности обсадной колонны, трение и износ последней.

Желобообразные выработки на изогнутых участках обсадной колонны образуются преимущественно с той стороны, к которой прижаты бурильные трубы. Если участок обсадной колонны не зацементирован, уменьшить глубину таких выработок и устранить опасность сквозного протирания колонны можно путем более равномерного распределения износа по периметру трубы. Это достигается путем периодического поворачивания данного участка после некоторого допустимого износа на угол не менее 45—50°, лучше — на 80—90°. Чтобы такой поворот был возможен, при спуске колонны в состав нижней части нецементируемого участка включают специальный сочленяющий узел (рис. 47).
Защита обсадных колонн от износа

Поскольку по длине колонны износ происходит «волнообразно», для более равномерного распределения его и уменьшения глубины образующихся в одном месте выработок СевКавНИПИ рекомендует периодически вертикально перемещать незацементированный участок. Как после поворота, так и после вертикального перемещения контактировать с бурильными замками (или предохранительными кольцами) будут те участки внутренней поверхности обсадной колонны, которые до этого момента были мало изношены либо вообще не изнашивались. Вертикальное перемещение участка колонны возможно при наличии в нижней части его специального сочленяющего узла.

В глубокие скважины обычно, помимо кондуктора, приходится спускать одну или две промежуточные колонны. Поскольку с глубиной, как правило, проходка за рейс долота уменьшается, часто объем спуско-подъемных операций и продолжительность вращения бурильных труб в последующей обсадной колонне намного больше, чем в предыдущей. Поэтому и износ верхних участков этих колонн может быть существенно различным. В ряде случаев допустимо и полезно более равномерно распределять износ между промежуточными колоннами и кондуктором. Уменьшить износ верхнего участка, например, первой промежуточной колонны можно, если разделить ее на две части и в скважину сначала спустить только нижнюю часть для перекрытия ствола ниже башмака кондуктора; верхнюю же спускать после того, как износ кондуктора достигнет предельно допустимой величины.

Иногда перед вскрытием горизонтов с повышенными коэффициентами аномальности пластовых давлений в скважину приходится спускать специальную промежуточную колонну, так как на предыдущей из-за сильного износа ее верхнего участка нельзя установить противовыбросовое оборудование. В ряде случаев можно отказаться от спуска дополнительной колонны, если заменить сильно изношенный верхний участок предыдущей колонны секцией из новых труб. Замена изношенных труб новыми возможна при соблюдении ряда условий: а) если изношенный участок не зацементирован и не прихвачен; б) если остаточная прочность изношенных труб и соединений еще достаточна для того, чтобы извлекаемый участок колонны не был оборван при подъеме; в) если увеличение стоимости строительства скважины, связанное с заменой изношенного участка колонны новым, за вычетом остаточной стоимости извлеченных труб, меньше увеличения стоимости, вызванного усложнением конструкции скважины за счет включения дополнительной обсадной колонны.

Если предусматривается замена верхнего участка промежуточной колонны новым, перед спуском колонны скважину целесообразно заполнить промывочной жидкостью такого состава, при котором возможность прихвата нецементируемого участка сведена к минимуму (например, раствором на углеводородной основе), исключить контакт обсадной колонны со стенками скважины путем установки центрирующих фонарей.

Особенно сильному износу подвергается первая сверху труба. Это связано в основном с практической невозможностью строгого постоянного центрирования талевой системы и ведущей трубы относительно устья скважины из-за колебаний вышки, талевой системы под влиянием переменных осевых и поперечных сил и деформации основания вышки. Поэтому для предотвращения разрушения устья скважины в тех случаях, когда на него должно быть установлено противовыбросовое оборудование, рекомендуется в качестве устьевой использовать наиболее толстостенную трубу.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна