Технологический комплекс для бурения скважины № 116-А Белоусовского газоконденсатного месторождения ГКМ с модернизацией механического устройства для ликвидации прихватов колонны труб ПЛПК 145, 122, 245 (Магистерская работа 12А1-Дипломная работа-Оборудован

Технологический комплекс для бурения скважины № 116-А Белоусовского газоконденсатного месторождения ГКМ с модернизацией механического устройства для ликвидации прихватов колонны труб ПЛПК 145, 122, 245 (Магистерская работа 12А1-Дипломная работа-Оборудование для бурения нефтяных и газовых скважин-Текст пояснительной записки выполнен на Украинском языке вы можете легко его перевести на русский язык через Яндекс Переводчик ссылка на него https://translate.yandex.ru/?lang=uk-ru или с помощью любой другой программы для перевода
Модернизация относится к области нефтяной и газовой промышленности, в частности к устройствам для ликвидации прихваток колонн труб в скважине ударным методом. Устройство включает в себя корпус, связанный с рабочей колонной, телескопически вставлен с возможностью вращения и продольного перемещения вниз в корпус шпиндель с наковальней, ударник, выполненный с возможностью ударного взаимодействия с наковальней при вращении корпуса относительно шпинделя. Шпиндель снизу вверх оснащен на поверхности нижним регулируемым в продольном направлении упором, наковальней, выполнен в виде кольцевого выступа и верхним упором, корпус снабжен внутренним ограничителем, располагаемым между наковальней и верхним упором и торцевыми проточками снизу, равномерно размещенными по периметру с наклонной поверхностью в сторону вращения корпуса и продольной поверхностью с противоположной стороны. Наковальня выполнена в виде кольцевого груза, установленного с возможностью продольного перемещения на шпинделе, піджате пружиной от нижнего упора до наковальни и оснащенного на внешней торцевой поверхности проточками, соответствующими проточками корпуса, с которыми состыкованы с возможностью скользящего взаимодействия при вращении корпуса относительно шпинделя. На верхнем торце шпинделя и внутреннем торце корпуса выполнены соответствующие выборка и выступ, выполненные с возможностью взаимодействия для исключения взаимного проворота при перемещении корпуса вниз относительно шпинделя.
Известные аналоги механического ясу, имеют ряд недостатков, а именно:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- низкая надежность из-за скорости износа и выхода из строя трущихся элементов устройства, а именно уплотнения и выступов штока;
- большие нагрузки на резьбовые соединения колонны труб, что может привести к обрыву колонны труб;
- в процессе работы устройства необходимо изменять направление вращения (знакозмінне вращение колонны труб, что может привести к отсоединению части колонны труб;
- на резьбу колонны труб и сам устройство создаются большие нагрузки, так как ударные нагрузки в процессе работы устройства создаются за счет вращения колонны труб.
Задачей модернизации является повышение надежности работы устройства за счет снижения нагрузок на резьбовые соединения колонны труб и сам устройство, а также исключение знакопеременного вращения колонны труб.
Поставленная задача решается механическим ясом, включающий корпус, связанный с рабочей колонной, телескопически вставлен с возможностью вращения и продольного перемещения вниз в корпус шпиндель с наковальней, соединяемый с объектом что увольняется, и ударник, выполненный с возможностью ударного взаимодействия с наковальней при вращении корпуса относительно шпинделя.
Новизна модернизированной конструкции является то, что шпиндель снизу вверх оснащен на поверхности нижним регулируемым в продольном направлении упором, наковальней, выполненной в виде кольцевого выступа и верхним упором, корпус снабжен внутренним ограничителем, располагаемым между наковальней и верхним упором, торцевыми проточками снизу, равномерно размещенными по периметру с наклонной поверхностью в сторону вращения корпуса и продольной поверхностью с противоположной стороны, причем наковальня выполнена в виде кольцевого груза, установленного с возможностью продольного перемещения на шпинделе, піджатим пружиной от нижнего упора до наковальни и оснащенного на внешней торцевой поверхности проточками, соответствующими проточками корпуса, с которыми состыкованы с возможностью скользящего взаимодействия при вращении корпуса относительно шпинделя, при этом на верхнем торце шпинделя и внутреннем торце корпуса выполнены соответствующие выборка и выступ, выполненные с возможностью взаимодействия для исключения взаимного проворота при перемещении корпуса вниз относительно шпинделя.

Рисунок 5.1 – Конструкция механического яса, модернизированной конструкции

Механический яс включает корпус 1, связанный с рабочей колонной 2, телескопически вставлен с возможностью вращения и продольного перемещения вниз в корпус 1, шпиндель 3, соединяемый с объектом что освобождается. Шпиндель 3 снизу вверх оснащен на поверхности нижним регулируемым в продольном направлении упором 4, наковальней 5, выполнен в виде кольцевого выступа 6 и верхним упором 7.
Ударник 8 выполнен с возможностью ударного взаимодействия с наковальней 5 при вращении корпуса 1 относительно шпинделя 3. Наковальня 5 соединена со шпинделем 3 шпонкой 9.
Корпус 1 снабжен внутренним ограничителем 10, располагаемым между наковальней 5 и верхним упором 7. Корпус 1 снабжен торцевыми проточками 11 снизу, равномерно размещенными по периметру с наклонной поверхностью в сторону вращения корпуса 1 и продольной поверхностью 12 с противоположной стороны.
Наковальня 5 выполнена в виде кольцевого груза, установленного с возможностью продольного перемещения на шпинделе 3, піджатого пружиной 13 от нижнего упора 4 до наковальни 5 и оснащенного на внешней торцевой поверхности 14 и наклонными продольными проточками 14, соответствующими проточками 11 и 12 корпуса 1, с которыми состыкованы с возможностью скользящего взаимодействия при вращении корпуса 1 относительно шпинделя 3.
На верхнем торце шпинделя 3 и внутреннем торце корпуса 1 выполнены соответствующие выборка 15 и выступ 16, выполненные с возможностью взаимодействия для исключения взаимного проворота при перемещении корпуса 1 вниз относительно шпинделя 3.
Устройство работает следующим образом.
На устье скважины нижнюю часть шпинделя 3 оснащают метчиком 17, предназначенным для соединения с верхним концом прихваченной колонны труб, что подлежит изъятию из скважины. Механический яс спускают в скважину на конце рабочей колонны труб 2 до взаимодействия метчика 16 с верхним торцом прихваченной колонны труб. После чего разгружают рабочую колонну труб 2 и корпус 1 на шпиндель 3, при этом выборка 15, выполненная на верхнем торце шпинделя 3, и выступ 16, выполненный на внутреннем торце корпуса 1, взаимодействуют друг с другом, при этом верхний упор 7 шпинделя 3 упирается в верхний внутренний торец 18 корпуса 1. Проводят вращение рабочей колонны 2 против часовой стрелки при этом благодаря продольной поверхности 12 корпуса 1, которая жестко упирается в продольную поверхность 14 на верхнем торце наковальни 5 и передает вращение от корпуса 1 на наковальню 5, которая, в свою очередь, через шпонку 9 передает вращение на шпиндель 3, оснащенный снизу метчиком 17, который заворачивается в верхний конец прихваченной колонны труб.
Далее поднимают рабочую колонну труб 2, при этом выборка 15, выполненная на верхнем торце шпинделя 3, и выступ 16, выполненный на внутреннем торце корпуса 1, выходят из взаимодействия друг с другом, при этом верхний упор 7 шпинделя 3 отходит в верхний внутренний торец 18 корпуса 1.
Рабочей колонне труб 2 дают небольшую натяжку, например на 30 – 50 кН. После чего с помощью ротора с устья скважины придают рабочей колонне труб 2 вращательное движение по часовой стрелке. В свою очередь, рабочая колонна труб 2 передает вращательное движение на корпус 1, который своими нижними торцевыми проточками 11, направленными в сторону вращения, равномерно размещенными по периметру корпуса 1 с наклонной поверхностью, скользит по верхней торцевой поверхности наковальни 5, выполнена в виде аналогичных проточок 14 с наклонной поверхностью. В результате шпиндель 3, соединенный шпонкой 9 с ударником 8, перемещается вверх, сжимая пружину 13. В определенный момент заканчивается участок наклонной поверхности с торцевой проточкой 11 корпуса 1 и наковальня 5 своей продольной проточкой 14 попадает в нижний торец корпуса 1 с продольной поверхностью 12. В результате происходит обратное движение и шпиндель 3 с ударником 8 возвращаются в исходное положение, при этом происходит резкий удар ударника 8 в кольцевой выступ 6 наковальни 5, который через шпиндель 3 передается на прихваченную колонну труб. Так происходит один цикл удара. При дальнейшем вращении цикл удара повторяется так, как описано выше. В результате происходит ударное воздействие на прихваченную колонну труб в скважине до освобождения прихваченной колонны труб из скважины.
Сила ударного воздействия на прихваченную колонну труб определяется характеристикой пружины 13, которая от ее конструктивных размеров (длин, шаг и т.д.), а также ее физико-химическими свойствами. Кроме того, положение нижнего упора 4 относительно шпинделя 3 регулируется, например, с помощью резьбы, что позволяет как увеличить, так и уменьшить силу ударного воздействия на прихваченную колонну труб, но это необходимо сделать заранее перед спуском устройства.
Предложенный механический яс позволяет снизить нагрузку на резьбовые соединения колонны труб и непосредственно на само устройство, а также исключает знакозмінне вращения колонны труб в процессе ударного воздействия на прихваченную колонну труб, что в целом позволяет повысить надежность работы устройства.

«Технологический комплекс для бурения скважины №116-А Білоусівського ГКР с модернизацией механического устройства для ликвидации прихваток колонны труб ПЛПК 145, 122, 245»

Аварией считается нарушение непрерывности технологического процесса строительства скважины, требующее для его ликвидации проведения специальных работ, не предусмотренных проектом. Основной причиной возникновения аварий является нарушение параметров технологии бурения буровой бригадой, несоблюдение инструкций и требований проектных документов. Одним из наиболее распространенных и тяжелых по последствиям видов осложнений при бурении скважин прихват бурильной колонны. На долю прихваток приходится более 60% от общего числа осложнений, возникших при ведении буровых работ; при этом 40% скважин, в которых произошли прихваты, пришлось ликвидировать или перебурювати. Затраты времени на их ликвидацию составляет до 47% от времени бурения. Это свидетельствует о том, что проблема предупреждения и ликвидации прихвата бурильной колонны актуальна. А в связи с тем, что со временем проектные глубины эксплуатационных скважин только увеличиваются, применяется наклонно – направленное бурение (например для добычи сланцевого газа) проблемы, связанные с ликвидацией прихвату бурильной колонны встают все острее.
Все аварии подразделяются на следующие виды:
- аварии с элементами бурильной колонны;
- прихват бурильных и обсадных колонн;
- аварии с долотами;
- аварии с обсадными колоннами и элементами их оснастки;
- аварии вследствие неудачного цементирования;
- аварии с забойными двигателями;
- падение в скважину посторонних предметов:
- другие аварии.
Прихват колонны труб – это самый многочисленный и тяжелый вид аварий. С ростом глубин скважин и давления как гидростатического, так и пластовых, возросли и увеличились потенциальные опасности при бурении скважин.

(чертеже №1) компоновочная Схема буровой установки "Уралмаш 5000/320 ДГУ-1". Подбор именно такой буровой установки обусловлен расчетами приведенными в расчетно – пояснительной записке, согласно исходных данных (ГТН(геолого – технический наряд) приложение В). Позиция 7 это буровая вышка, что вынесен на следующее чертежи.
Вышка ВМА 45-320 (чертеже №2) предназначена для подъема и спуска бурильной колонны и обсадных труб в скважину, удержания бурильной колонны во время бурения, а также для размещения в ней талевой системы, бурильных труб и части оборудования, необходимого для осуществления процесса бурения. Во время ликвидации прихваток вышка способна воспринимать максимальную кратковременную нагрузку до 350 тс.
Следующее чертежа (чертеже №3) общий Вид механизма крепления талевого каната (на схеме буровой установки позиция 24). Механизм крепления неподвижной ветви талевого каната обеспечивает:
• крепления неподвижной ветви талевого каната;
• изменение и пропуск талевого каната для оперативного удаления его изношенной части;
• установку датчика веса бурильного инструмента и обсадных труб.
Во время ликвидации прихвату бурильной колонны также воспринимает максимальную кратковременную нагрузку.
(чертеже №4) Сборочный чертеж ударного ясу. Яс является телескопическим соединением, которое создает периодические удары. Ударные механизмы (ясы) широко применяются при ликвидации прихваток, вызванных заклинюванням, прилипание на большую высоту, а также оползнями. При работе с использованием мяса разрушается в зоне заклинивания связь между прихваченной частью колонны и стволом скважины.
(чертеже №5,6) Сборочный чертеж ЯМБ (яс механический буровой) (аналог). Яс механический предназначен для ликвидации заклинювань долот и элементов бурильных колонн небольшой длины ударами вверх. Принцип работы яса основан на использовании потенциальной энергии растянутой бурильной колонны после разъединения конусной пары.
Силу удара регулируют в широком диапазоне увеличением нагрузки при зарядке устройства в скважине. Можно получить силу удара 100-800 кН. При этом следует иметь в виду, что конусная пара рассоединяется, если сила меньше нагрузки на 30-70 кН. При дальнейшем натяжении конусная пара отделяется и ударник бьет по торцу упора. Число ударов ясом приходится до 50-70. Если бурильная колонна после этого не уволится, то работы ясом вести нецелесообразно. После 100 ударов все резьбовые соединения проверяют дефектоскопом с целью предупреждения повреждений мяса.
(чертеже №7) Сборочный чертеж модернизированного механического ясу.
Известные аналоги механического ясу, имеют ряд недостатков, а именно:
- сложность конструкции, обусловленная большим количеством узлов и деталей;
- низкая надежность из-за скорости износа и выхода из строя трущихся элементов устройства, а именно уплотнения и выступов штока;
- большие нагрузки на резьбовые соединения колонны труб, что может привести к обрыву колонны труб;
- в процессе работы устройства необходимо изменять направление вращения (знакозмінне вращение колонны труб, что может привести к отсоединению части колонны труб;
- на резьбу колонны труб и сам устройство создаются большие нагрузки, так как ударные нагрузки в процессе работы устройства создаются за счет вращения колонны труб.
Задачей модернизации является повышение надежности работы устройства за счет снижения нагрузок на резьбовые соединения колонны труб и сам устройство, а также исключение знакопеременного вращения колонны труб.
На устье скважины нижнюю часть шпинделя оснащают метчиком, предназначенным для соединения с верхним концом прихваченной колонны труб, что подлежит изъятию из скважины. Механический яс спускают в скважину на конце рабочей колонны труб к взаимодействию метчика с верхним торцом прихваченной колонны труб. После чего разгружают рабочую колонну труб и корпус на шпиндель, при этом выборка, выполненная на верхнем торце шпинделя, и выступ, выполненный на внутреннем торце корпуса, взаимодействуют друг с другом, при этом верхний упор шпинделя упирается в верхний внутренний торец корпуса. Проводят вращение рабочей колонны против часовой стрелки при этом благодаря продольной поверхности корпуса, которая жестко упирается в продольную поверхность на верхнем торце наковальни и передает вращение от корпуса на наковальню, которая, в свою очередь, через шпонку передает вращение на шпиндель, оснащенный снизу метчиком.
Далее поднимают рабочую колонну труб, при этом выборка , выполненная на верхнем торце шпинделя, и выступ , выполненный на внутреннем торце корпуса, выходят из взаимодействия друг с другом, при этом верхний упор шпинделя отходит в верхний внутренний торец корпуса.
Рабочей колонне труб дают небольшую натяжку, например на 30 – 50 кН. После чего с помощью ротора с устья скважины придают рабочей колонне труб вращательное движение по часовой стрелке. В свою очередь, рабочая колонна труб передает вращательное движение на корпус, который своими нижними торцевыми проточками, направленными в сторону вращения, равномерно размещенными по периметру корпуса с наклонной поверхностью, скользит по верхней торцевой поверхности наковальни, которая выполнена в виде аналогичных проточок с наклонной поверхностью. В результате шпиндель, соединенный шпонкой с ударником, перемещается вверх, сжимая пружину. В определенный момент заканчивается участок наклонной поверхности с торцевой проточкой корпуса и наковальня своей продольной проточкой попадает в нижний торец корпуса с продольной поверхностью . В результате происходит обратное движение и шпиндель с ударником возвращаются в исходное положение, при этом происходит резкий удар ударника о кольцевой выступ наковальни, который через шпиндель передается на прихваченную колонну труб. Так происходит один цикл удара.
Черчение (8,9) изображено деталировка механического ясу (аналог).
Чертежи (10) содержит деталировки модернизированной конструкции механического ясу.
Технологический процесс изготовления ударника модернизированного механического яса (чертеж №11) включает перечень операций, и инструмент который необходим для изготовления детали.
В связи с непосредственной зависимостью характеристики пружины модернизированного механического ясу и силой ударного воздействия на прихваченную колонну труб, целесообразно провести исследования по зависимости максимальной энергии, которая накапливается пружиной, и материалом и геометрическими характеристиками пружины.
Следующее чертежи (12) Результаты исследования зависимости характеристики пружины модернизированного механического ясу и силой ударного воздействия на прихваченную колонну труб. Графики построены на основе дослідко – конструкторской работы, расчеты на основе которых построены графики представленные в расчетно – пояснительной записке.
Чертежи (13) Стенд для исследования характеристики пружины модернизированного механического ясу.
Дипломный проект включает разделы
Эксплуатация и ремонт оборудования
Организационно – технические мероприятия по монтажу оборудования
Охрана труда и безопасность в чрезвычайных ситуациях
Охрана окружающей среды
Целесообразность внедрения предлагаемой модернизации подтверждено экономическими расчетами (годовой экономический эффект составит более 879 тысяч гривен) достигается за счет увеличения межремонтного цикла ясу, благодаря новой конструкции механического ясу.