Обважнена бурильна труба

Реферат: Обважнена бурильна труба містить ніпельну та муфтову замкові різьбові ділянки, тіло труби. При цьому зменшення зовнішнього діаметра труби від ніпельної до муфтової частини виконано за експоненціальною залежністю. UA 76003 U (54) ОБВАЖНЕНА БУРИЛЬНА ТРУБА UA 76003 U UA 76003 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до буріння нафтових та газових свердловин, а саме - до нафтового обладнання. Відома обважнена бурильна труба (ОБТ) зі з'єднувальними різьбами на кінцях, що характеризується наявністю обточеного по зовнішньому діаметру корпусу і просвердленого внутрішнього каналу (див. "Трубы нефтяного сортамента. Справочное руководство", авторів А.Е. Сароян, Н.Д. Щербюк, Н.В. Якубовский та ін. М., "Недра", 1976, с. 133). В експериментальних умовах такі труби з'єднуються в колону для створення осьового навантаження на вибій свердловини та надання необхідної жорсткості низу бурильної колони. Недоліком аналогу є те, що він має сталий по довжині момент інерції поперечного перерізу, за рахунок незмінної товщини стінок по її довжині. У наслідок цього виключена можливість плавної зміни жорсткості елементів бурильної колони під час виконання ОБТ різних діаметрів. Наявність різких перепадів жорсткості по довжині бурильної колони призводить під час буріння свердловин до виникнення концентрації напружень, та зменшення опору втомі з'єднувальних елементів при дії знакозмінних навантажень. Відома обважнена бурильна труба, що включає корпус зі змінною по довжині товщиною стінок, і під'єднуючі елементи з кінців характеризуються тим, що ділянка з боку ніпеля має найбільший діаметр, а з боку муфти - найменший, причому ділянки труби з різними діаметрами розміщені послідовно зменшуваними від ніпельної частини до муфтової (див. а.с. СССР 3 №1629460 М., кл Е21В 17/00, 1990 р.). Така труба в експлуатаційних умовах створює розподіл діючих на ОБТ навантажень шляхом зменшення моменту інерції її поперечного перерізу від нижнього кінця до верхнього. Дана конструкція є найбільш близькою до пропонованої по технічній суті та очікуваному результату і взято нами за найближчий аналог. Недоліком є те, що підвищення жорсткості труби від муфтового кінця труби до ніпельного кінця відбувається ступінчасто і не забезпечує необхідного плавного зниження концентрації напружень в з'єднувальних різьбах під час з'єднання ОБТ різного діаметра в одну колону або під час з'єднання ОБТ з бурильними трубами. Задача пропонованої конструкції є підвищення довговічності та надійності в роботі, забезпечення плавної зміни і зниження динамічних складових напружень по тілу труби, акумулювання енергії повздовжніх та крутильних коливань, генерованих породоруйнівним інструментом шляхом плавного зменшення моменту інерції її поперечного перерізу від нижнього кінця до верхнього. Поставлена задача досягається тим, що обважнена бурильна труба, що включає ніпельну та муфтову замкові різьбові ділянки по її кінцях і тіло труби, утворене ділянками різних діаметрів, послідовно зменшуваними від ніпельної частини труби до муфтової, відрізняється тим, що зменшення зовнішнього діаметра труби від ніпельної до муфтової частини виконано за експоненціальною залежністю D  2e (x а) ; де D - зовнішній діаметр труби, м; x - координата поперечного перерізу труби відрахована від ніпеля, м;  і а - сталі величини, що вираховуються за формулами: D  D  ln 1   ln 1  D  2  2 ; ; а   l  де D1 і D 2 - відповідно максимальний та мінімальний зовнішній діаметр корпусу труби, в м; l - довжина корпусу труби, м; а зміна внутрішнього діаметра труби здійснюється за експоненційною залежністю d  2e (x b) , (2) де d - внутрішній діаметр труби, в м;  і b - сталі величини, що вираховуються за формулами: 50 d  d  ln 1   ln 1  d  2 2, ; b   l  d1 і d2 - відповідно найбільший і найменший внутрішній діаметр труби, в м. Таке виконання обважненої бурильної труби, після включення її в колону ОБТ різного діаметра, або як перехідної труби від ОБТ до бурильних труб призводить до підвищення 1 UA 76003 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 довговічності та надійності в роботі, до плавної зміни і зменшення динамічних складових напружень по тілу труби, акумулюванню енергії повздовжніх і поперечних коливань генерованих породоруйнівним інструментом. Зменшенню концентрації напружень в перехідній зоні від ОБТ до бурильних труб. Корисна модель пояснюється графічними зображеннями. На Фіг. 1 показано ОБТ зі змінним зовнішнім діаметром; на Фіг. 2 - ОБТ зі змінними зовнішнім і внутрішнім діаметрами, що змінюються за експоненціальною залежністю; на Фіг. 3 - свіча, складена з ОБТ різних типорозмірів; на Фіг. 4 - свіча складена з ОБТ одного типорозміру. ОБТ включає розміщені по її кінцях замкові різьбові ділянки: ніпельну ділянку 1 і муфтову ділянку 2. У випадку, вказаному на Фіг. 1, тіло ОБТ з боку ніпеля має зовнішній діаметр D1 , який є найбільшим і з боку муфти діаметр D 2 , який є найменшим. Між ніпельними і муфтовими ділянками зовнішній діаметр тіла труби 3 змінюється за експоненційною залежністю (1). У випадку, вказаному на Фіг. 2, тіло ОБТ з боку ніпеля має діаметри: зовнішній D1 і внутрішній d1 , які є найбільшими, і з боку муфти діаметри зовнішній D 2 і внутрішній d2 , які є найменшими. Між ніпельною і муфтовою ділянками діаметри тіла труби 6 змінюються за експоненціальними залежностями (1) - для зовнішнього діаметра і (2) для внутрішнього діаметра. Під час збирання свічки (Фіг. 3) з ОБТ різних типорозмірів зовнішній діаметр змінюється плавно по довжині свічки від бурильних труб 7 до ОБТ 8 зі сталим зовнішнім діаметром. Під час збирання свічки (Фіг. 4) з ОБТ одного типорозміру по довжині свічки утворюються уступи 9. Запропонована обважнена бурильна труба замковою різьбою 4 з'єднується з колоною ОБТ, а різьбою 5 - з бурильними трубами. При виконанні компоновки низу бурильної колони, що складається з ОБТ різного діаметра, запропонована труба встановлюється в колону ОБТ так, щоб різьба 4 з'єднувалася з трубами більшого діаметра, а різьба 5 - з трубами меншого діаметра. Зі збільшенням глибини буріння різниця діаметрів ОБТ і бурильних труб зростає. В такому випадку свіча перехідної ділянки (Фіг. 3) включає декілька запропонованих ОБТ, причому найменший зовнішній діаметр попередньої труби є найбільшим для наступної. Наприклад, при переході від ОБТ-229 до бурильних труб діаметра 144 мм свіча перехідної зони складається з ОБТ-229 × 203, ОБТ-203 × 178 і ОБТ-178 × 140, де першими в маркуванні пропонованих ОБТ вказані діаметри D1 , а другими - D 2 . Обважнена бурильна труба зі змінним моментом інерції поперечного перерізу створює в компоновці низу перехідну ділянку, що відповідає плавній зміні динамічних складових повздовжніх  і дотичних  напружень, усунення їх концентрації, викликаної переважно різким перепадом жорсткості у місці з'єднання колони ОБТ з бурильними трубами, або в місці з'єднання ОБТ різного діаметра. Через зменшення концентрації напружень підвищується довговічність і надійність роботи бурильної колони. Крім того, у випадку буріння маятниковими компоновками зі зміщеним до долота центром мас секції ОБТ, виконання запропонованих труб сприяє акумуляції енергії повздовжніх і крутильних коливань, генерованих породоруйнівним інструментом. Це пояснюється тим, що перехідні ділянки, розташовані в нижній частині компоновки і складені із запропонованих ОБТ, гасять амплітуди повздовжніх і крутильних коливань. Під час проведення свердловин на прихопливонебезпечних ділянках секцію ОБТ слід набирати із запропонованих ОБТ одного типорозміру (Фіг. 4). Утворені при цьому уступи створюють пульсуючі напруження (Фіг. 5 і Фіг. 6), що запобігає прихопленням. З метою теоретичного обґрунтування ОБТ пропонованої конструкції нами розроблено програму з розрахунку повздовжніх і дотичних напружень в перерізах компоновок, включаючи перехідні ділянки, складені з ОБТ запропонованої конструкції. Типові залежності повздовжніх  і дотичних  напружень, як функції віддалі від породоруйнівного інструменту наведено на Фіг. 7-10, де "" відповідає безпосередньому з'єднанню секції ОБТ сталого поперечного перерізу з бурильними трубами, "б" - відповідає компоновці з перехідною зоною, складеною з ОБТ конструкції взятої за прототип, "в" - відповідає компоновці з перехідною зоною, складеною з ОБТ зі змінним зовнішнім діаметром, що змінюється за залежністю (1), "г" - з перехідною зоною, складеною з ОБТ зі змінними зовнішніми і внутрішніми діаметрами, що змінюються, відповідно, за залежностями (1) і (2). 2 UA 76003 U Усі графічні залежності відповідають бурінню вертикальних свердловин в породах середньої твердості при режимах параметрів 5 Pосьов е  200кН ,   2  с 1 ,   30  10 3 м3 / с . У випадку "а" компоновка була наступною: долото III295,3С, ОБТ-203-163 м, ТБВК-14001600 м. У випадках "б", "в", "г" після секції ОБТ знаходились перехідні ділянки з 2-х труб ОБТ-178 × 140 і ОБТ-203 × 178 довжиною 9 м кожна. Технічно-економічна ефективність базується на підвищенні терміну експлуатації бурильної колони. Економічний ефект складає понад 50 тис. у.о. на одну свердловину. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Обважнена бурильна труба, що містить ніпельну та муфтову замкові різьбові ділянки по її кінцях і тіло труби, утворене ділянками різних діаметрів, послідовно зменшуваними від ніпельної частини труби до муфтової, яка відрізняється тим, що зменшення зовнішнього діаметра труби від ніпельної до муфтової частини виконано за експоненціальною залежністю D  2e (x а) ; де D - зовнішній діаметр труби, м; 20 x - координата поперечного перерізу труби відрахована від ніпеля, м;  і а - сталі величини, що вираховуються за формулами: D  D  ln 1   ln 1  D   2;  2 ;  а l  де D1 і D 2 - відповідно максимальний та мінімальний зовнішній діаметр корпусу труби, м; l - довжина корпусу труби, м; а зміна внутрішнього діаметра труби здійснюється за експоненційною залежністю 25 d  2e (x b) , (2) де d - внутрішній діаметр труби, м;  і b - сталі величини, що вираховуються за формулами: d  d  ln 1   ln 1  d  2 2, ; b   l  d1 і d2 - відповідно найбільший і найменший внутрішній діаметр труби, м. 3 UA 76003 U 4 UA 76003 U 5 UA 76003 U 6 UA 76003 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7