ТТОСС -Л.4 - 25 БУРИЛЬНАЯ КОЛОННА

1. Техенико- технологические основы строительства скважин.

Буровая колонна
Лекция№3

2. Бурильная колонна.

• Бурильная колонна (БК) состоит из компоновки нижней части бурильной
колонны (КНБК) и колонны бурильных труб (КБТ).
• КНБК включает в себя в общем случае: долото, забойный двигатель,
элементы формирования ствола вертикальной скважины (калибраторы,
центраторы, стабилизаторы, расширители), УБТ и СБТ или элементы,
обеспечивающие бурение наклонной и горизонтальной скважины заданного
профиля (кроме перечисленных выше, отклоняющие устройства,
немагнитные УБТ, телеметрические системы, ТБТ), секция утяжеленных
бурильных труб (УБТ), основное назначение которых заключается в
создании осевой нагрузки на долото.

3. Бурильная колонна.

• Бурильные колонны бывают следующими:
• Одноразмерными (или одноступенчатыми), составленными из бурильных
труб одного и того же наружного диаметра;
• Многоразмерными (или многоступенчатыми), составленными из труб
различных наружных диаметров (двух -, трех -, четырёхразмерными
(ступенчатыми));
• Многосекционными, составленными из нескольких участков труб одной и
той же группы прочности, одного и того же наружного диаметра с
одинаковой толщиной стенки и одинаковой конструкцией резьбовых
соединений.

4. Бурильная колонна

• КБТ состоит из секций бурильных труб (БТ), идентичных по номинальным
характеристикам [типу, наружному диаметру, толщине стенки, группе прочности
(марке) материала, типоразмеру замкового соединения].
• Последовательно расположенные секции бурильных труб одного наружного
диаметра образуют ступени бурильной колонны. Согласно ГОСТ и ЛНД диаметры
и длины ступеней бурильной колонны определяются исходя из двух условий:
достижение оптимальных гидравлических соотношений труб в скважине и
обеспечение прочности БК.
• В общем случае в произвольном поперечном сечении колонны бурильных труб
действуют растягивающая Qр, сжимающая Qс нагрузка, крутящий Мк и
изгибающий Ми (вследствие потери устойчивости или кривизны скважины)
моменты, внутреннее Рв и наружное Рн давления бурового раствора.

5. Работа бурильной колонны. Сочетание нагрузок

- Приложенный момент уменьшает
прочность трубы на разрыв
- Натяжение уменьшает торсионную
прочность
- Избыточный момент вкручивает
замок до его разрушения

6. Бурильная колонна.

• Колонна бурильных труб при бурении скважины подвергается воздействию различных
статических и динамических нагрузок. При бурении турбобурами или винтовыми
забойными двигателями на колонну БТ действуют следующие нагрузки: осевая сила
растяжения от собственного веса колонны и перепада давления на ВЗД и долоте;
осевая сила сжатия, создаваемая весом низа колонны (КНБК); момент,
прикладываемый к колонне для её проворачивания.
• При роторном способе бурения и/или верхним силовым приводом на колонну
бурильных труб кроме осевых сил растяжения и сжатия действуют нагрузки: крутящий
момент; изгибающие напряжения ( эти напряжения носят переменный характер и
зависят от осевой нагрузки, частоты вращения, диаметра труб, профиля скважины).
Под действием крутящего момента возникают касательные напряжения которые в колонне
бурильных труб возрастают от забоя к устью скважины.

7. Работа бурильный колонны. Основные определения

Прочность
– способность конструкции не разрушаясь
воспринимать статические и динамические нагрузки.
Напряжение ( ) – мера внутренних сил, возникающих в теле
при его деформации ( под воздействием внешних сил). [Мпа.]
Модуль Юнга (Е) – физическая величина, характеризующия
способность материала сопротивляться растяжению, сжатию
при упругой деформации.
Для стальных труб СБТ- 2,! Х 10 МПа;
Для алюминиевых АБТ – 0,7 Х 10 Мпа;
Жесткость трубы (EJ) – способность воспринимать нагрузки
без деформаций

8. Работа бурильной колонны. Основные определения.

• Момент инерции (J) – скалярная физическая величина, мера
инертности во вращательном движении вокруг оси, подобно тому,
как масса тела является мерой его инертности в поступательном
движении. Характеризуется распределением масс в теле: момент
инерции равен сумме произведений элементарных масс на квадрат
их расстояний до базового множества (точки, прямой или
плоскости ) кг. м²
• Момент вращения (крутящий момент) [Mкр.] – скалярная
величина равная произведению модуля радиус – вектора на модуль
силы в точке куда проведён радиус. (Н.м)
• Устойчивость – способность тела или
сопротивляться циклическим нагрузкам.
конструкции

9. Работа бурильной колонны. Условия работы БК.

•радиальные,
обусловленные
избыточным
внутренним или наружным давлением
•напряжения
обусловленные
изгибающими
усилиями
• - касательные напряжения, вызываемые крутящим
моментом
• - сминающие от действия клинового захвата
• - динамические напряжения

10. Работа бурильный колонны. Функции бурильной колонны.

• - обеспечение канала для подведения энергии - необходимой
для вращения
электрической)
долота
(механической,
гидравлической,
• - восприятие реактивного крутящего момента при работе
забойных двигателей
• - обеспечение канала циркуляции промывочной жидкости для
очистки скважины от выбуренной породы
• - создание осевой нагрузки на долото
• - обеспечение гидравлического канала связи
• - проведение специальных работ в скважине.

11. Работа бурильной колонны. Конструкция БК

• УБТ – утяжелённые бурильные трубы
• НУБТ – немагнитные УБТ
• ВБТ (ВБТС) – ведущая БТ (сборная)
• ТБТ – толстостенные бурильные трубы
• ТБСУ – универсальная
• ТБСО - облегчённая
• СБТ – стальные бурильные трубы
• ЛБТ(АБТ) – легосплавные бурильные трубы
• ГОСТ 32696 – 2014 (ISO 11961 : 2008, MOD)
• ГОСТ Р 50278 – 92 – бурильные трубы
• ГОСТ 16350 – климатические условия применения
• ГОСТ 27834 – замки для приварки
• ГОСТ Р 50864 – 96 – УБТ
(API Spec. 5D)

12. Работа бурильной колонны Утяжелённые Бурильные Трубы

УБТ – стальные и немагнитные
УБТ – предназначены для повышения жёсткости
и веса низа БК с целью создания осевой нагрузки
на долото в процессе бурения.
- Горячекатаные , гладкие по всей длине (УБТ)
- Сбалансированные (УБТС)
- Термообработанные, гладкие по всей длине, со
спиральными канавками
- Немагнитные (УБТН) литые или кованные
- С замками и стабилизирующими коническими
поясками (УБТСЗ)
УБТ 178 Х 71А

13. Работа бурильной колонны Утяжелённые Бурильные Трубы

• Выбор нижний (первой) секции УБТ выбирается с учётом конструкции скважины и
обеспечения наибольшей устойчивости и прочности.
• В нормальных условиях бурения рекомендуется принимать следующое соотношение между
диаметрами УБТ и долот (dубт /D)
• Диаметр долота, мм ………………………………………..≤ 295,3 …………≥ 295,3
• Соотношение dубт /D …………………………………….. 0,80 – 0,85 …….0,70 – 0,80
• Для осложнённых условий это соотношение уменьшается.
• В осложнённых условиях при бурении долотами D > 295,3 мм. Допускается применение
УБТ ближайшего меньшего диаметра с одновременной установкой опорно- центрирующих
устройств.
• При бурении ВЗД диаметр нижний секции УБТ должен быть не более диаметра забойного
двигателя т.е. dубт ≤ dвзд

14. Работа бурильной колонны Толстостенные Бурильные Трубы

Толстостенные бурильные трубы
- с одним центральным утолщением
- с двумя центральными утолщениями
- с центральным утолщением и спиральными
канавками
- ТБТ – предназначены для создания осевой
нагрузки на долото и передачи момента
вращения от ротора или ВСП при бурении
сложных горизонтальных скважин
ТБТ - 114

15. Работа бурильной колонны Стальные Бурильные Трубы

Стальные бурильные трубы
Группа прочности: Д,Е,Л,М,Р,Т,У (D,E,X,G,S)
СБТ - с навинченными замками изготовляются
- Трубы с высаженными внутрь концами
- Трубы с высаженными наружу концами
- Трубы с комбинированный высадкой
Замки БТ
ЗН – с нормальным проходным отверстием ( для
соединения труб с высаженными внутрь концами)
ЗШ – с широким проходным отверстием ( для
соединения труб с высаженными внутрь и
наружу концами.

16. Работа бурильной колонны Стальные Бурильные Трубы

ЗУ – с увеличенным проходным отверстием
ЗШК – с широким проходным отверстием с конической
расточкой (для соединения труб с высаженными внутрь концами
с коническими стабилизирующими поясками)
ЗУК – с увеличенным проходным отверстием с конической
расточкой ( для соединения труб с высаженными внутрь и
наружу концами с коническими стабилизирующими поясками.
Бурильные трубы сборной конструкции с коническими
стабилизирующими поясками ТБНК и ТБВК применяют для
уменьшения переменных напряжений в резьбовом соединении в
опасном сечении по последнему витку резьбы труб.

17. Работа бурильной колонны Стальные Бурильные Трубы

Трубы бурильные с приваренными концами
ТБП – трубы бурильные с приваренными соединительными
концами к трубной заготовке, не имеющих высаженных
концов.
ТБПВ
–
трубы
бурильные
с
приваренными
соединительными концами к трубной заготовки с
высаженными наружу концами ( также с высаженными
наружу концами и комбинированной высадкой)
ТБПВЭ – отличаются от труб ТБПВ конструкцией
соединительных концов (для бурения электробуром)
ПН 102 Х 8Д2
ПК 114 Х 9Е3

18. Работа бурильной колонны Стальные Бурильные Трубы

- для бурения неглубоких вертикальных скважин роторным способом рекомендуется
применять трубы типа ТБВ, ТБН, ТБВК, и ТБПВ;
- для бурения глубоких скважин в осложнённых условиях – трубы типа ТБВК, ТБНК, ТБС
и ТБПВ;
- для бурения вертикальных скважин с использованием забойных двигателей – трубы
типа ТБН,ТБК и ТБПВ;
- для бурения наклонно направленных скважин с использованием забойных двигателей –
трубы типа ТБН, ТБНК и ТБПВ;
- для бурения наклонно направленных скважин с использованием забойных двигателей –
труба типа ТБНК, ТБПВ и ЛБТ.

19. Работа бурильной колонны Легкосплавные Бурильные Трубы

Легосплавные бурильные трубы
Тип
Д16Т
АК4 – 1Т1 - термостойкие
1953Т1 – высокопрочный корозийно - стойкий
ТБД16Т – 129 Х 11

20. Работа бурильной колонны Ведущая Бурильная Труба

Ведущая бурильная труба
- Квадратного сечения
- Шестигранного сечения
ВБТ -63К

21. Работа бурильной колонны Технологическая оснастка

ПЕРЕВОДНИКИ
- переводники переходные (ПП) –предназначены
перехода от резьбы одного размера к резьбе другого.
для
- переводники муфтовые(ПМ) для соединения элементов
БК, расположенных друг к другу ниппелями
- переводники ниппельные (ПН) для соединения для
элементов БК, расположенных друг к другу муфтами
П – 147/171 ГОСТ 7360
П – 147/171 – Л ГОСТ 7360

22. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Специальные элементы бурильной колонны

Калибраторы - служат для выравнивания стенок
скважины и устанавливаются непосредственно над
долотом.
Используются
как
лопастные
калибраторы с прямыми (К), спиральными (КС) и
наклонными лопастями (СТ), так и шарошечные.
Диаметры калибратора и долота должны быть
равны.
Материал вооружения: твёрдый сплав (К КС),
алмазы (СТ)

23. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Специальные элементы бурильной колонны

Центраторы
предназначены
для
обеспечения совмещения оси БК с осью
скважины в местах их установки
Стабилизаторы, имеющие длину в несколько
раз большую по сравнению с длиной
центраторов, созданы для стабилизации
зенитного угла скважины

24. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Специальные элементы бурильной колонны

Фильтр служит для очистки бурового раствора и
примесей попавших в циркуляционную систему.
Устанавливается фильтр между ведущей и
бурильными трубами. Основной элемент фильтра
– перфорированный патрубок, в котором
задерживаются примеси и, при очередном
подъеме БК, удаляются. Применение фильтра
особенно необходимо при бурении с ВЗД

25. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Специальные элементы бурильной колонны

Обратный клапан устанавливают в верхний
части БК для предотвращения выброса
пластового флюида через полость бурильной
колонны
Кольца – протекторы устанавливают на БК для
защиты от износа кондуктора, технической
колонны, бурильных труб и их соединительных
элементов в процессе бурения и СПО

26. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Конструкция Низа Бурильный Колонны

КНБК – это часть бурильной колонны, влияющая на
траекторию движения долота и, следовательно,
ствола скважины. Факторы, определяющие отклонение
КНБК относительно направления бурения – это
действующая на долото отклоняющая (боковая ) сила,
перекос долота, гидравлика и угол залегания пласта.
Действующая на долото отклоняющая сила – самый
важный фактор. Направление и величина действующий
на долото отклоняющей силы определяют тенденции к
набору угла, к уменьшению угла и к повороту.

27. Работа бурильной колонны Конструкция Низа Бурильный Колонны

КНБК - для снижения зенитного угла
определяется как компоновка, у которой
отклоняющая сила действует в направлении
нижней стороны скважины, тогда как у
компоновки для набора зенитного угла
отклоняющая сила действует в направлении
верхний стороны ствола скважины.
КНБК – для стабилизации компоновка, у
которой отклоняющая сила на долоте равна
нулю.

28. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Конструкция Низа Бурильной Колонны

Роторные компоновки – предназначены для
набора, уменьшения и стабилизации угла.
Поведение
любой
роторной
компоновки
определяется
размером
и
размещением
цетраторов на протяжении первых 36 метров от
долота.
Дополнительные
центраторы
,
расположенные выше по бурильной колонне,
оказывают ограниченное влияние на действие
компоновки.
Роторные
компоновки
не
«управляемые»:
1. Почти невозможно
(вправо/влево)
управлять
азимутом
2. У каждой своя уникальная тенденция к набору
(уменьшению/набору)

29. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Конструкция Низа Бурильной Колонны

Компоновка для набора угла: принцип точки опоры центратор (калибратор) устанавливают прямо над
долотом, создают точку опоры, в которой изгибающиеся
УБТ прижимают наддолотной центратор к нижний
стороне ствола скважины и создают поперечною силу,
действующую на долото в направлении верхней стороны
ствола скважины. чем ниже жесткость части
компоновки прямо над центратором, тем быстрее
набирается угол.
Важные факторы для компоновк: угол наклона ствола,
осевая нагрузка на долото и скорость вращения.
Темп набора угла возрастает с увеличением наклона
ствола, потому что большая компонента собственного
веса УБТ вызывает её изгиб.
При увеличении осевой нагрузки на долото УБТ за
наддолотном центратором изогнутся ещё сильнее
увеличи.в темп набора.

30. РАБОТА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ Конструкция Низа Бурильной Колонны

Компоновки для стабилизации:
максимальное число центраторов
(жесткие).
Стабилизирующие компоновки содержат от трёх
до пяти центраторов, расставленных так,
чтобы
поддержать
угол
постоянным.
Добавленная жёсткость КНБК не даёт БК
изогнутся

31. Работа бурильной колонны Конструкция Низа Бурильной Колонны

Компоновки для уменьшения угла: принцип
маятника.
Эффект маятника создаётся при удалении
наддолотного центратора (калибратора) при
сохранении верхних. Кода остальные центраторы
удерживают нижнюю УБТ на расстоянии от
нижний стороны стенки скважины, сила тяжести
действует на долото и на нижнюю УБТ и
стремится прижать их к нижний стороне ствола
скважины, уменьшая тем самом угол наклона
скважины.
Компоновка для уменьшения угла обычно содержит
два центратора. С увеличением расстояния между
долотом и центратором сила тяжести больше
притягивает к нижний стенке, увеличивает перекос
долота вниз.
Расстояние между долотом и первым центратором
составляет приблизительно 9 – 10 метров.

32. Работа бурильной колонны

Бурильные трубы – работают в области
натяжения и сжатия
- Подвержены
момента.
воздействию
- Гидравлика. ( давление, ЭЦП)
- Поршневой эффект
высокого

33. Работа бурильной колонны ADIOS

A – свойство труб – размеры и свойства труб заложенные в неё в процессе производства.
Это прочность, твёрдость и т.д.
D – проектирование – расчёт бурильной колонны на способность выдерживать нагрузки.
I – инспекция – элементы компоновки бурильных труб подвергаются повреждениям, в них
накапливается усталость металла. Регулярное обследование – один из способов определение
их пригодности и предотвращения их поломки.
О – эксплуатация – неправильное применение.
S – среда – условия применения инструмента влияют на вероятность повреждения.

34. Работа бурильной колонны ADIOS- аварийность БТ

Делятся на две группы
1 – группа
- Разрыв
- Скручивание или развальцованние муфты
- Сочетание натяжения и скручивания.
- Разрушение за счёт сжатия.
- Разрыв из нутри.
- Износ бурильных труб
2 – группа
- Усталостное разрушение.
- Кислотное воздействие
- Коррозионное разрушение

35. Работа бурильной колонны. Усталостное разрушение.

В резьбовых соединениях
- Концентрация напряжений в нитках резьбы
- Изгибающие напряжения возникают в замке
при вращении бурильных труб
- Напряжения изгиба – отношение жёсткости
муфты к жесткости ниппеля данного
соединения.

36. Работа бурильной колонны. Усталостное разрушение

Тело бурильных труб
- Цикличиские напряжения ( с пиком значения более 40%
предела прочности)
- Влияние коррозии
- Развитие трещин
Источники цикличиских напряжений
- Профиль скважины
- Высокая интенсивность вращения
- Остановка и проскальзывание долота при бурении.
- Вибрация бурильной колонны.
3 000 000 до 3 500 000 циклов.

37. Работа бурильной колонны. Усталостное разрушение

Внешние воздействие
- Кислотность, щеолчность
- Растворённые соли
- Сероводород
- Ингибирующие свойства раствора
- Эрозия

38. Работа бурильной колонны. Влияние температуры.

- Прочностные свойства уменьшается с
(повышением) температуры
- Предел текучести бурильной колонны должен
соответствовать поправочному коэффициенту
влияния температуры
- Повышение на 1° - сталь расширяется на
0, 0000124
t° - 20°
=
k – 1,0
t° - 50°
=
k – 0,95
t° - 100°
=
k – 0,88
t° - 150°
=
k – 0,84
t° - 200
=
k – 0,81

39. Работа бурильной колонны. Скручивающие нагрузки.

Создаются из-за сопротивления движения,
порождаемого трением
- Зависит от угла скважины, веса инструмента
в буровом растворе
- При зенитных углах >60° вес сильнее вжимает
в стенку скважины буровой инструмент, чем
тянет вниз по скважине
- Каждая труба колонны создаёт скручивающие
и осевые сопротивления независимо друг от
друга.
- При превышении критического угла бурильная
труба находятся в состоянии сжатия.
- В искривлённых участках силы при подъёме,
разгрузке и вращении различаются, потому что
натяжение колонны разное.

40. Работа бурильной колонны Продольный изгиб

Синусоидальный продольный изгиб – 1- ая
фаза труба изгибается из стороны в сторону
вдоль нижний стенки. Нагрузка на забой
малоэффективна.
Спиральный продольный изгиб - 2 –ая фаза
продольного изгиба при увеличении сжатия труба
теряет продольную устойчивость и переходит в
витую спираль. Препятствует передачи нагрузки
на забой.
В скважине большого диаметра риски выше
продольного изгиба. Чем больше наружный
диаметр колонны, тем больше жесткость.
В зоне падения угла риск продольного изгиба
выше.

41. Список используемый литературы.

1.
Горизонтальные скважины, Б.М. Сучков, - Москва – Ижевск: НИЦ РХД, 2006. 424 стр.
2.
Технология бурения горизонтальных скважин; учеб. пособие/ Л.М. Левинсон. – Уфа
2019г. -318 стр.
3.
Спутник буровика: справ. Пособие: 2 кн. М; ООО «Издательский дом Недра», 2014.
4.
Инжиниринг бурения: справочник инженера – нефтяника. 2 тома. Л. Лейк. Р. Митчелл.
М.- Ижевск: 2014 .