Способ эксплуатации алюминиевых бурильных труб Советский патент 1988 года по МПК E21B17/00 

00 05 4 О5

:о

Изобретение относится к эксплуатации алюминиевых бурильных труб в условиях ползучести в скважинах с по- вьппенной температурой и может быть использовано при строительстве скважин.

Цель изобретения - увеличение ресурса эксплуатационной долговечности алюминиевых бурильных труб.

На чертеже показан график зависимости длительной прочйости от температуры и соотношения касательных и нормальных напряжений при постоянной интенсивности напряженного состояния (стендовые испытания для образцов из алюминиевого сплава Д16Т).

Способ осуществляют следующим образом.

Собранные в бурильную колонну трубы спускают в скважину и размещают их в зоне с известными температурой и интенсивностью напряженного состояния, характеризующейся определенным соотношением касательных и нормальных напряжений от действующих на бурильные трубы в скважине нагрузок. После отработки назначенного ресурса определяемого эксплуатационными условиями, последовательно осуществляют перестановку бурильных труб в компоновке колонны таким образом, чтобы они оказывались в зонах скважины с интенсивностью н апряженного состояния, равной первоначальной, и увеличивающимся при каждой последующей перестановке соотношением касательных и нормальных напряжений.

В случае длительной эксплуатации труб в зонах повьш1енных температур с последующей перестановкой в более нагруженные участки бурильной колонны, отличающиеся увеличением растягивающих нагрузок, снижается их надежность, так как эти перестановки не учитывают явление ползучести в условиях повышенных температур, приводящее к уменьшению срока службы изделий, что влечет за собой накопление повреждаемости в опасных предела и соответствующее уменьшение несущей способности труб.

Перестановка алюминиевых бурильны труб в новую зону скважин с учетом соотношения С/С К при сохранении постоянства интенсивности напряженного состояния, где Z - величина касательных напряжений от вращающих нагрузок,С - величина нормальных

напряжений от растягивающих нагрузок, и последовательном увеличении этого, соотношения позволяет увеличить оста- точный эксплуатационный ресурс долго

вечности.

Величина интенсивности напряженного состояния определяется выражением

С; Вг2 б л|1 + ВКг ,

где В - параметр нагрузки, определяемый сочетанием касательных и нормальных напряжений и вели- чиной эквивалентного напряжения .

Относительный остаточный ресурс изделия D определяется суммированием повреждаемостей, накопленных за отдельные режимы эксплуатации, характеризуемые параметром К.

D ,j

где

Е J

допускаемая величина накопленной повреждаемости-, j - порядковый номер режима эксплуатации при заданном К;

d ц- - накопленная повреждаемость за j-й режим эксплуатации.

Согласно принципу линейного суммирования повреждаемостей разрушение изделий происходит при превьш1ении некоторой величины Е}, которая теоретически принимается равной единице, а на практике определяется для конкретного изделия экспериментально. В таблице приведены результаты испытаний трубчатых образцов из алюминиевого сплава Д16Т на длительную прочность при постоянном значении интенсивности напряженного состояния, но при различных параметрах К.

Данные подтверждены результатами стендовых испытаний на длительную прочность натурных бурильных труб из алюминиевого сплава Д16Т (чертеж), сплошными линиями показаны результаты аппроксимации экспериментальных данных. Линии 1 и 2 характеризуют предел длительной прочности материала труб при 160 и 180°С соответственно при приложении только растягивающей нагрузки, а линии 3 и 4 - при приложении эквивалентной.нагрузки при тех же температурах, причем оля касательных напряжений составляет 30% от нормальных напряжений, что

3 .13

соответствует предельному соотношению при бурении с применением забойных двигателей. При одном и том же значении интенсивности напряженного состояния G; ресурс t бурильных труб в условиях сложного нагружения (Kj 0,3) больше, чем ресурс tf при одноосном растяжении (К, 0), следовательно, предлагаемый способ позво

ляет снизить расход бурильных труб за счет продления срока их службы.

Пример. Используют изделия в виде стандартных бурильных труб размером 147 11 мм из сплава Д16Т, работающих в условиях предельных нагрузок.

Бурильные трубы помещают в секции бурильной колонны, расположенные на таком расстоянии от забойной компоновки, где отсутствует действие вращающего реактивного момента от турбобура.

Условия работы секции характеризуются следующими данными: растягивающая нагрузка Р, 1222 кН; вращающая нагрузка М 0; G, 260 МПа; 6, Oi К, 0(,G; 260. МПа.

При практических расчетах напря10

изделия tj и рассчитывают допускаемый ресурс

К t . и 180 V,

15

20

25

При выработке полного ресурса в этом режиме в соответствии с относи- тельньм остаточным ресурсом D 0,16 время эксплуатации определяют так:

t, 29 ч

Полный ресурс изделия определяют суммированием ресурсов в отдельных режимах эксплуатации

t t, + tj 49 ч

Таким образом, согласно предлагаемому способу эксплуатации peciypc изженного состояния алюминиевых буриль- Q делия можно продлить в раз, что ных труб параметр нагрузки В 4,77, допускаемая величина накопленной повреждаемости, определенная экспериментально, Е 0,9.

На основании кривой длительной прочности для чистого растяжения

определяется вьфажением t

35

q

в примере q

tT 1,8.

Условия работы в нижерасположенной секции характеризуются следующими данными: Р 1С25 нК; М 6,2 кН-м;С г 218 МПа; -Г

65,4 МПа; К, 0,3;

260 МПа.

На основании кривой длительной прочности для сложного напряженного состояния при К 0,3, (кривая 1), при G; 260 МПа определяют ресурс

изделия tj и рассчитывают допускаемый ресурс

К t . и 180 V,

При выработке полного ресурса в этом режиме в соответствии с относи- тельньм остаточным ресурсом D 0,16 время эксплуатации определяют так:

t, 29 ч

Полный ресурс изделия определяют суммированием ресурсов в отдельных режимах эксплуатации

t t, + tj 49 ч

делия можно продлить в

определяется вьфажением t

q

в примере q

tT 1,8.

Изобретение м.б, использовано при строительстве скважин в условиях ползучести в них и позволяет увеличить ресурс эксплуатационной долговечности бурильных труб (БТ). Способ включает сборку БТ в колонну и спуск ее в скважину. Новые БТ в колонне первоначально размещают в зоне скважины с известными температурой и интенсивностью напряженного состояния БТ. После выработки части их ресурса, определяемого эксплуатационными условиями, последовательно осуществляют перестановку БТ в другие зоны. Они характеризуются равной интенсивностью напряженного состояния БТ и увеличивающимся соотношением касательных и нормальных напряжений от действующих на БТ в скважине нагрузок. Б противном случае эти перестановки не учитьгоают явление ползучести, влекущее за собой накопление повреждаемости в опасных пределах. 1 табл. 1 ил. с б (Л

(кривая 2) при 260 МПа опреде-Формула изобретения

ляют ресурс изделия t, и рассчитывают допускаемый ресурс

tt 27м.

При отработке назначенного ресурса, например t, 20 ч, определяемого эксплуатационными условиями, накопленная поврежда:емость составляет величину

40

45

Способ эксплуатации алюминиевых бурильньк труб в зонах скважины с повьшгенной температурой, заключающийся в сборке бурильных труб в колонну, в которой новые бурильные трубы первоначально размещают в зоне скважины с известными температзфой и интенсивностью напряженного состояния бурильных труб и после выработки части ресурса их переставляют в другую зону скважины, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса эксплуатационной долговечности, перестановку бурильных труб осуществляют последовательно в зоны с равной интенсивностью напряженного состояния бурильных труб и увеличивающимся соотношением касательных и нормальных напряжений от действующих на бурильные трубы в скважине нагрузок.

к,

ti

та

0,74

Относительньй остаточный ресурс изделия характеризуется величиной

D Е - d 0,16.

. С целью увеличения ресурса после отработки в первом режиме помещают изделие в нижерасположенную секцию бурильной колонны, подверженную действию меньшей растягивающей нагрузки с добавлением вращающего момента.

0

5

0

5

Способ эксплуатации алюминиевых бурильньк труб в зонах скважины с повьшгенной температурой, заключающийся в сборке бурильных труб в колонну, в которой новые бурильные трубы первоначально размещают в зоне скважины с известными температзфой и интенсивностью напряженного состояния бурильных труб и после выработки части ресурса их переставляют в другую зону скважины, отличающийся тем, что, с целью увеличения ресурса эксплуатационной долговечности, перестановку бурильных труб осуществляют последовательно в зоны с равной интенсивностью напряженного состояния бурильных труб и увеличивающимся соотношением касательных и нормальных напряжений от действующих на бурильные трубы в скважине нагрузок.

350

too

10

SO

, ч