Аварии с бурильной колонной. Причины. Способы предупреждения и ликвидации.

Наибольшее число аварий с элементами буровой колонны происходит вследствие усталостных разрушений металла, возникающих при частом изменении нагрузки и направлении ее действия в более напряженно работающих местах. Усталостные изломы наступают без всякого видимого изменения размеров и форм элементов бурильной колонны. Внешне разрушение металла проявляется в возникновении трещин. Изгибающие воздействия - основной фактор, при­водящий к образованию остаточных напряжений во время вращения бурильной колонны. Крутильный удар характерен для роторного бурения, особенно при работе с долотами ре­жуще-скалывающего типа. Чем больше времени долото оста­ется без движения, тем сильнее крутильные удары. При бу­рении шарошечными долотами, например, в зоне с частым чередованием пород различной твердости долото заклинива­ется меньше, чем при разбуривании подобного интервала ло­пастными долотами.

Вибрации бурильной колонны, возникающие главным образом при бурении шарошечными долотами, зависят от степени однородности и твердости разбуриваемых пород, пульсации бурового раствора, соответствия типа и диаметра долот разбуриваемым породам, компоновки бурильной ко­лонны и ряда других факторов. Перекатывание шарошек вызывает вертикальное перемещение центра тяжести долот, которое передается бурильной колонне. Чем тверже порода, тем интенсивнее колебания колонны. Основные причины аварии с элементами бурильных колонн - нарушения техно­логии проводки скважин и правил эксплуатации бурильных колонн и их составных частей.

Вокруг замков и муфт, при помощи которых соединяются бурильные трубы, создаются зоны концентрации напряже­ний. Соединение замок - труба является более жестким, чем соединение труба - муфта.

При знакопеременных нагрузках, действующих на бу­рильную колонну, наибольшие напряжения концентрируются около первого витка резьбы на трубе, находящегося в пол­ном сопряжении с резьбой бурильного замка. Сломы по утолщенному концу трубы происходят и в других сечениях, расположенных на различных участках резьбы, или одно­временно в нескольких сечениях. Однако наибольшее число аварий приходится на первый виток полного сопряжения резьбы. Эта часть - наиболее опасное место.

Резьба в свою очередь способствует образованию трещин в теле трубы, особенно при малых радиусах закругления: там, где резьба имеет острые утлы, в металле образуются ультрамикроскопические трещины. Увеличение толщины стен­ки трубы путем высадки не предохраняет от распростране­ния начавшегося трещинообразования в теле трубы.

Во всех элементах бурильной колонны возникают усталостные напряжения, которые зависят от условий работы ко­лонны на отдельных ее участках и соблюдения буровой бри­гадой правил эксплуатации бурильных колонн.

Нередко для бурения скважин используют трубы, не соот­ветствующие данной глубине и имеющие дефекты. В некото­рых скважинах глубиной более 1500 м применяют трубы класса III вместо I и II.

Основной причиной большого числа аварий, связанных со сломом бурильных труб, является использование их не по назначению. Передаваемые на резьбу усилия зависят от степени жест­кости и плотности свинчивания труб. Если свинчивание про­водилось автоматически, то резьбовые соединения могут пе­ремещаться незначительно. Недокрепление соединения спо­собствует интенсивному перемещению плоскостей резьбы относительно друг друга, что ускоряет износ резьбы.

Одновременно на износ резьбы влияют число свинчиваний, качество бурового раствора, наличие в нем кварцевого песка и т.д., а также его давление в момент прокачки. Боль­шие давления при турбинном бурении и бурении гидромони­торными долотами снижают сроки службы замковых и резь­бовых соединений, что менее характерно для роторного бу­рения и электробурения обычными долотами, где давление намного меньше. Не отцентрированный по отношению к скважине фонарь вышки, а также смазка плохого качества для резьб способст­вуют ускорению износа резьбы при ее свинчивании.

Многие аварии возникают вследствие износа резьбовых соединений УБТ в связи с тем, что они работают в сами тяжелых условиях. Кроме того, резьба на соединениях УБТ слабее резьбы на замках, переводниках и долотах.

Аварии из-за нарушения резьбовых соединений вследствие заедания трубной резьбы происходят в результате увеличения нагрузки на резьбу.

Разрушения резьбовых соединений вызывают и другие причины: несоответствие элементов резьбы, особенно по ко­нусности, применение смазки неудовлетворительного качест­ва и т.д.

Размыв трубы происходит из-за дефектов на внутренней поверхности, нарушающих однородность. Такими дефектами являются плены, раковины, включения инородных материа­лов и другие повреждения, связанные с технологией изготов­ления труб. Возникновение аварии от разрыва труб ускоря­ется совместным воздействием усталостных напряжений в металле и коррозии. Концентрация напряжений и дефекты в трубах приводят к образованию трещин. Часты случаи аварий, связанные с падением бурильной ко­лонны вследствие ее подъема на одном штропе, поломки и неисправности спускоподъемного инструмента, неисправнос­ти тормозной системы, слома или разрушения сопряжений ее элементов во время спускоподъемных операций и др.