Математическое моделирование ликвидаций аварий при эксплуатации нефтяных скважин

СОДЕРЖАНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Литературный обзор 8
1.1 Аварии при бурении нефтяных и газовых скважин виды аварии , их причины и меры предупреждения 8
1.2 Анализ и оценка риска аварий при бурении и освоении нефтегазовых скважин 18
2 Анализ основных причин аварийности элементов бурильных инструментов в наклонных и горизонтальных скважинах 21
2.1 Осложнении при бурении наклонно направленных и горизонтальных скважин 21
2.2 Анализ причин возникновения и способов ликвидации прихватов бурильной колонны 24
2.3 Анализ современного состояния технических средств и технологий предупреждения и ликвидации прихвата бурильной колонны 25
3 Теоретические предпосылки научных решений по предупреждению прихвата бурильной колонны 28
3.1 Анализ основных причин аварийности элементов БИ в наклонных и горизонтальных скважинах 28
3.2 Авария с бурильными трубами 31
3.3 Технология проведения ловильных работ 34
3.4 Анализ влияния отклонений геометрии в замковом резьбовом соединении 38
3.5 Разработка показателя мониторинга усталостной прочности ЗРС (МУП) с целью оценки остаточного ресурса и уровня риска слома ЗРС БИ. 42
3.6 Электронный паспорт мониторинга усталостной прочности 45
3.7 Промысловое испытания системы мониторинга прочности замковых резьбовых соединений бурильного инструмента 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 55

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Овчинников В.П. Справочник бурового мастера: научно-практическое издание / В.П. Овчинников, С.И. Грачев, А.А. Фролов. – Тюмень, 2006. – 691с.
2.Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении: учеб. пособие для вузов / И.П. Пустовойтенко. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1988. – 279с.
3.Самотой А.К. Прихваты колонн при бурении скважин: учеб. пособие для вузов. – М.: Недра. 1978. – 207с.
4.Коваленко Ю.Е. Устойчивость стволов скважин, пробуренных на ме- сторождениях Среднего Приобья: учеб. пособие для вузов / Ю.Е. Коваленко, К.Н. Харламов, Е.А. Усачёв. – Тюмень: ОГПУ «Шад- ринский Дом Печати», 2011. – 175с.
5.Мессер А. Перспективные технологии бурения скважин / А. Мессер,
А. Повалихин // Нефтегазовая вертикаль. – 2001. – Вып. 16. – С. 34 – 37.
6.Басарыгин, Ю.М. Теория и практика предупреждения осложнений и ремонта скважин при их строительстве и эксплуатации: учеб.- практическое пособие / Ю.М. Басарыгин, В.Ф. Будников, А.И. Булатов. 1 том. – М.: Недра, 2000. – 510с.
7.Бадретдинов, Т. В. Анализ колебаний бурильной колонны и применения демпфирующих устройств / Т. В. Бадретдинов, В. У. Ямалиев // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». – Уфа: УГНТУ, 2016. -№ 6. – C. 5-22.
8.Буслаев, Г. В. Опыт применения искусственных нейронных сетей для прогнозирования оптимальных параметров режима бурения скважин / Г.В. Буслаев, А.А. Куншин, Г. М. Сергеев, В. В. Стариков, М. М. Павлов // Научный журнал российского газового общества. – М.: ООО «Издательство «Граница». – 2019. - №2. – C. 51-55.
9.Буслаев, Г. В. Исследование влияния удельной механической энергии на подбор оптимальных параметров режима бурения / Г.В. Буслаев, А.А. Куншин, В.В. Стариков // Научно-технический журнал «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море». – М.: ПАО «ВНИИОЭНГ».
– 2020. - №6. – C. 10-13.
 

Сломы по утолщенному концу происходят и на других участках резьбы, находящихся рядом с первым витком полного сопряжения. Увеличение толщины стенки трубы в зоне резьбы не предохраняет от распространения трещин в теле трубы, а как бы увеличивает время работы трубы до излома. Для труб из легких сплавов (ЛБТ) сборной конструкции характерны аварии, присущие стальным трубам сборной конструкции. Помимо этого, для них свойственно развитие эрозии вблизи муфт соединений, которые при ослаблении их прочности приводят к разрушению. Эрозия возникает под действием турбулентного движения промывочной жидкости в зоне муфтовых и замковых соединений, где внутренняя поверхность более шероховата, чем в остальной части трубы. Кроме того, конструкция муфтовых и замковых соединений труб способствует образованию местных сопротивлений, а следовательно, и более сложному характеру движения жидкости, которая интенсивно размывает трубу на этом участке. Кроме того, ЛБТ ломаются из-за несвоевременного выявления износа тела трубы. Бурильные замки и соединительные муфты разрушаются по телу при ликвидации аварий вследствие приложения значительных нагрузок. Концы разрушенных деталей имеют увеличенные диаметры и воронкообразную форму. Такие аварии происходят в основном с бурильными замками диаметром 118 мм и менее, а также с соединительными муфтами диаметром 140 мм и менее. Разрушение муфт и замков по телу в поперечном направлении отмечается также при неправильной их термической обработке: торцы сломанных деталей в поперечном направлении обладают мелкозернистой структурой. В утяжеленных бурильных трубах и переводниках так же, как и в бурильных замках, отламываются кольца ниппеля и муфты. Причины этих поломок аналогичны причинам слома замковых деталей по резьбе и труб по утолщенному концу. Срыв резьбы Наиболее часто аварии происходят из-за срыва замковой резьбы в бурильных замках, УБТ и переводниках. Основные причины разрушения замковых резьбовых соединений - их размыв и износ после многократного свинчивания и развинчивания. При работе на забое бурильная колонна подвергается различным знакопеременным напряжениям, отчего одна часть резьбового соединения перемещается по другой. Нагрузки, передаваемые на резьбу, зависят от степени жесткости и плотности свинчивания. Недокрепление соединения способствует интенсивному перемещению плоскостей резьбы относительно друг друга, что ускоряет износ резьбы. На износ резьбы влияют также качество и давление промывочной жидкости в момент прокачки. Чем больше давление в жидкости и чем больше в ней инородных тел, обладающих абразивными свойствами, тем скорее изнашивается резьба. В результате размыва плоскость соприкосновения витков резьбы уменьшается, увеличиваются силы, действующие на ослабленную резьбу, и она разрушается. Неотцентрированный фонарь вышки, а также недоброкачественная смазка труб способствуют ускорению износа резьб при свинчивании. Большое число аварий с утяжеленными бурильными трубами происходит также вследствие разрушения резьбовых соединений, поскольку они работают в более тяжелых условиях, чем замковые соединения бурильных труб. К тому же резьбовые соединения в УБТ менее прочны, чем в замках, переводниках и долотах. Резьбовые соединения разрушаются вследствие заедания трубной резьбы под действием на нее увеличенных нагрузки и температуры, возникающих на поверхности резьбы в процессе свинчивания и работы замка в скважине. Разрушения резьбовых соединений также могут быть вызваны несоответствием размеров элементов резьбы (особенно по конусности), поскольку значительные отклонения размеров приводят к неравномерному распределению нагрузки по ее виткам и, следовательно, к интенсивному износу. Падение колонны труб в скважину в основном происходят вследствие нарушения технических и неисправностей.

Наиболее часто встречаются следующие нарушения и неисправности:

1) подъем бурильной колонны на одном штропе;

2) несоответствие грузоподъемности элеватора массе колонны и наличие трещин в верхней проушине;

3) слабое крепление защелки элеватора, в результате чего при отходе элеватора от муфты защелка открывается и колонна падает в скважину;

4) несовершенство конструкции защелки подъемного крюка;

5) поломка боковых серег и ствола крюка;

6) неисправность тормозной системы -- разрыв тормозной ленты и тормозного шкива, чрезмерный износ тормозных колодок, отключение гидродинамического тормоза, износ шарнирных соединений тормозной системы, заклинивание тормозного рычага, неисправность предохранительного устройства тормозного рычага, нарушение резьбового соединения натяжных болтов тормозной ленты;

7) слом и разрушение сопряжений элементов бурильной колонны во время спускоподъемных операций вследствие динамических напряжений, возникающих при резкой посадке колонны на ротор или на уступ;

8) работы штропами несоответствующей грузоподъемности и при наличии износа выше нормы.

В процессе эксплуатации поломки и разрушения сопряжений элементов бурильной колонны происходят в местах ослабленной прочности трубы или соединения.

Также есть другие аварий. К этой группе относятся аварии, которые трудно отнести к тому или иному виду. Они единичны, но подлежат регистрации и учету. Так, например, известен случай, когда для шаблонирования открытого ствола скважины применили утяжеленную бурильную трубу диаметром 178 мм, на которую приварили обсадную трубу диаметром 324 мм. Во время подъема такого "шаблона" обсадная труба неожиданно заклинилась в башмаке кондуктора диаметром 426 мм. Причиной такой аварии явилось герметичное крепление обсадной трубы на УБТ. В результате в пустотелом шаблоне произошло смятие обсадной трубы. На ликвидацию этой аварии затратили много времени.