5.9. ОБРАТНЫЕ КЛАПАНЫ ДЛЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

5.10. ОПОРНО-ЦЕНТРИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Кчислу опорно-центрирующих элементов

относят: центраторы, стабилизаторы и промежуточные опо­ ры.

Центраторы выполняются как с прямыми, так и со спи­ ральными ребрами, обычно с наружным диаметром, равным диаметру долота.

Центраторы предназначены для управления искривлением скважины и располагаются от одного до трех в компоновке УБТ в зависимости от интенсивности искривления. Как пра­ вило, центраторы для предотвращения искривления скважи­ ны устанавливаются на длине УБТ до 25 м.

Основные технические требования к центраторам и ста­ билизаторам предусмотрены ОСТ 39-078 —79.

Значительная длина УБТ приводит к искривлению труб в результате потери их устойчивости, что ухудшает передачу нагрузки на долото, приводит к неравномерному вращению колонны и породоразрушающего инструмента и др. Кроме того, значительная длина УБТ создает большую площадь кон­ такта труб со скважиной, что способствует прихвату колон­ ны под действием дифференциального давления.

С целью улучшения работы УБТ, повышения их устойчи­ вости и ограничения площади контакта труб со стенками скважины применяют промежуточные опоры. Форма и раз­ меры опор должны обеспечить ограничение поперечной де­ формации УБТ, вынос разбуренной породы, наименьший контакт со скважиной.

На рис. 5.24 изображена промежуточная опора квадрат­ ного сечения (ОП) конструкции АзНИПИнефти. Опоры для

269,9 мм —по ТУ 39-146 —75 из стального литья. Ребра опор ар­ мируются штырями из твердого сплава. Диаметр описанной окружности промежуточных опор примерно равен 0,95 Ддол-

Ниже приводятся наибольшие поперечные размеры про­ межуточных опор и соответствующие диаметры долот.

Рис. 5.24. Опора промежуточная квадратная (ОП)

Рис. 5.25. Стабилизатор упругий (СУ)

540

Промежуточные опоры устанавливаются на сжатом участ­ ке УБТ, если нагрузка на долото выше критической.

Расстояние между опорами может быть увеличено на 10 %; при бурении забойными двигателями расстояние принимается согласно табл. 5.24 для п = 50 об/мин.

Количество опор

„ Ю30 - д О к ,

одяо

но при этом их должно быть не менее двух.

Здесь О —нагрузка на долото, кН; Ок — масса наддолот­ ной части комплекта УБТ в КНБК, кг; д — ускорение силы тяжести, м/с2; q0 — масса 1 м УБТ, кг.

Бурение с применением промежуточных опор (ОП) долж­ но проводиться непосредственно после разбуривания башма­ ка предыдущей промежуточной колонны. Если интенсивность искривления скважины малая, то бурить можно без наддо­ лотной компоновки с центраторами, используя для этого только промежуточные опоры.

Опоры квадратного сечения изготовляются ПО “Азернефтемашремонт".

Для борьбы с желобными выработками, ограничения площади контакта со скважиной и уменьшения искривления ствола применяется упругий стабилизатор (СУ) конструкции АзНИПИнефти. Стабилизатор (рис. 5.25) состоит из каркас­ ной втулки 2, армированной резиной и свободно вращаю­ щейся на коротком полом вале 1, на обоих концах которого нарезана замковая резьба для присоединения к бурильной колонне. Поверхность втулки имеет желобчатую форму.

Наружный диаметр профильной втулки для работы с до­ лотами диаметрами 215,9; 244,5; 269,9 мм соответственно ра­ вен 212, 241, 266 мм. Особенность упругого стабилизатора —

вращение вала стабилизатора вместе с колонной при практи­ чески невращающейся втулке.

Устанавливается стабилизатор как в компоновке УБТ, так и на бурильной колонне. Выпускается упругий стабилизатор по ТУ 39-066 —74 ПО “Азернефтемашремонт".

При бурении с долотами больших диаметров 295,3 — 393,7 мм для повышения устойчивости УБТ и ограничения поперечной деформации колонны используются промежуточ­ ные опоры (ОВ), состоящие из вала и вращающейся про­ фильной втулки, изготовленной из алюминиевого сплава. От­ ношение диаметра втулки к диаметру скважины « 0,97. При вращении бурильной колонны втулка получает ограниченное вращение, в основном выполняя функцию опоры, поступа­ тельно перемещающейся вдоль скважины. Изношенные втул­ ки заменяются на новые.

Установка вращающихся опор способствует также преду­ преждению образования желобных выработок.

В компоновке УБТ рекомендуется устанавливать две вра­ щающиеся опоры ОВ с расстоянием между ними 20 —28 м, при этом первая опора должна находиться от долота (или от конца наддолотной компоновки для борьбы с искривлением) на расстоянии 20 —25 м.

Изготовляются вращающиеся опоры ПО "Азернефте­ машремонт".

донны в этом случае может быть следствием осевых сжима­ ющих усилий, центробежных сил или крутящего момента. Равномерный износ поверхности замка или трубы происхо­ дит при вращении бурильной колонны вокруг собственной оси. Такое вращение возможно при значительном трении колонны о стенку скважины, когда вращение вокруг оси скважины полностью прекращается, а возможность враще­ ния вокруг собственной оси сохраняется.

Вращение изогнутой под действием центробежных сил бу­ рильной колонны вокруг оси скважины не должно приводить к изменению знака напряжения (рис. 6.1). Полуволна abc по­ сле поворота колонны на 180° заняла положение ab'c без из­ менения знака кривизны, а следовательно, и напряжения. Однако такое представление идеализировано. На самом деле при числах оборотов, близких к критическим, которые зави­ сят от длины колонны и формы равновесия, при вращении колонны будут наблюдаться удары труб о стенки скважины с возможным изменением знака их кривизны. По этой же причине могут возникнуть и дополнительные воздействия на колонну различных импульсов продольных и поперечных колебаний.

Возникновению переменных напряжений в бурильной ко­ лонне способствует эксцентричное расположение труб в скважине, так как в этом случае при вращении колонны зна­ чение прогиба { полуволны, возникшей под действием цент­ робежных сил, изменяется от /тлх до /min (рис. 6.2). При этом варьируют значения изгибающих напряжений за время одно­ го оборота, что сопровождается ударами труб о стенку сква­ жины с возможным изменением знака их кривизны. Анало­ гичные явления будут происходить, если в колонне имеется кривой элемент или резьбы труб несоосны. При значитель­ ном трении труб о стенки скважины может происходить их качение по стенке, сопровождающееся знакопеременным из­ гибом.

Если бурильная колонна вращается вокруг собственной оси, то имеют место знакопеременные изгибающие напря­ жения.

Реальная форма изгиба бурильной колонны достаточно сложная и изменяется для различных ее участков в зависимо­ сти от скорости вращения, действующих сил, расположения в скважине и т.д. Очевидно, что форма изгиба будет та, ко­ торая требует наименьшей затраты энергии.

При определенных условиях, когда частота собственных колебаний бурильной колонны совпадает с частотой колеба-

Рис. 6.1 Схема действия центРис. 6.2. Изменение значения прогиба робежных сил и крутящего полуволны, возникающей в результате момента на бурильную колонвоздействия центробежных сил ну (/ - прогиб полуволны)

ний возмущающих сил, зависящих от типа долота, скорости его вращения, осевой нагрузки, пульсации потока бурового промывочного раствора и других факторов, может возник­ нуть явление резонанса.

Использование в нижней части колонны УБТ разгружает ее от осевых сжимающих сил, однако это не исключает наи­ большего изгиба бурильной колонны выше УБТ.

Характер нагрузок на бурильную колонну изменяется по глубине: вблизи устья действуют главным образом постоян­ ные, а в призабойной зоне преобладают переменные нагруз­ ки. Они зависят также от способа бурения: при турбинном