Прогнозування зносу та залишкового ресурсу елементів бурильної колони

Abstract

Представлено результати досліджень зносостійкості сталевих бурильних колон. Отримано комплексну емпіричну залежність величини масового зносу сталевих бурильних труб від впливу шести основних факторів. Досліджено нові мастильні композиції та буровий розчин. Отримано залежність масового зносу сталевих бурильних колон від максимальних контактних напружень. Розроблено енергетичний метод прогнозування зносу сталевих бурильних колон. Розроблено методику прогнозування довговічності сталевих бурильних колон. З допомогою цієї методики прогнозується залишковий ресурс сталевої бурильної колони. Це дозволить зменшити кількість відмов сталевих бурильних колон шляхом планування позачергової товщинометрії бурильних труб. Методика впроваджена у виробництво.

Диссертация посвящена вопросу обеспечения надёжности бурильных колонн. В диссертации разрабатывается методика прогнозирования долговечности бурильных колонн. Используется эмпирическая зависимость, которая получена в результате проведенных исследований. Разработано новые смазочные композиции и буровой раствор. Они повышают остаточный ресурс бурильных труб. Это доказано экспериментально. Методика прогнозирования долговечности колонн бурильных труб внедрена в производство. В первом разделе проанализировано состояние проблемы. На основании теоретического анализа методов прогнозирования величины износа бурильних труб и методов повышения износостойкости установлено, что нет методики прогнозирования долговечности колонн бурильних труб, которая учитывает сумарное влияние основных факторов на величину износа. Поэтому существует необходимость разработки такой методики. Она поможет предупредить отказы колонн бурильних труб. Во втором разделе описана методика проведения экспериментов. Описана применённая стандартная методика планирования экспериментов. Она позволила сократить количество проведённых экспериментов. Также в этом разделе описано созданную установку (многофакторную физическую модель) для проведения экспериментов. Установка создана на базе токарного станка и позволяет смоделировать процесс врезания бурильной трубы в стенку скважины. Установка отличается от известных тем, что позволяет максимально точно и с минимальными затратами смоделировать процесс фения бурильных труб со стенкой скважины. В третьем разделе, с целью получения новой комплексной эмпирической формулы, экспериментальным путём изучалось влияние шести основных факторов - абразивности горных пород, контактного давления, скорости скольжения, пути трения, твёрдости стали по Бриннелю, смазывающих свойств буровых растворов на износостойкость стальных бурильних труб. Отмечено прямопропорциональное увеличение износа стальных бурильних труб при возрастании величины контактного давления, абразивности горных пород, что объясняется повышением режущей способности абразива. С увеличением пути трения величина износа пропорциональна до определённой границы. С ростом твёрдости стали, смазывающей способности раствора и скорости скольжения уменьшается глубина внедрения абразива в поверхность стали и его режущая способность уменьшается, поэтому уменьшается величина износа стальных образцов бурильних труб. В результате обработки результатов исследований впервые получено комплексную зависимость величины массового износа от шести основных влияющих факторов, которая помогает точнее спрогнозировать ресурс бурильной колонны. В четвёртом разделе описывается эмпирическая зависимость износа стальных бурильних труб от максимальных контактных напряжений. Установлено, что рост контактных напряжений приводит к прямопропорциональному увеличению величины износа образцов стальных бурильних труб вследствие более интенсивного внедрения абразива в поверхность стали. Проанализировав и обработав экспериментальные даннные, получено эмпирическую зависимость, которая позволяет прогнозировать величину массового износа стальных бурильних труб, учитывая влияние максимальных контактных напряжений. В пятом разделе установлено зависимость величины затраченной энергии при бурении скважины и величиной массового износа внешней поверхности бурильних труб. С целью предупреждения отказов стальных бурильных труб, разработано методику прогнозирования долговечности бурильних колонн, которая базируется на использовании комплексной эмпирической формулы и энергетического метода расчёта величины износа. Эта методика - инструмент, позволяющий прогнозировать остаточный ресурс стальных бурильных колонн и рационально спланировать внеочередную толщинометрию бурильных труб. В результате проведённой промышленной проверки методики прогнозирования долговечности бурильных колонн, по данным Прикарпатского УБР, подтверждено её надёжность. Она внедрена в производство, что позволит предупредить отказы стальных бурильных колонн.

The results of research of steel drill strings wear resistance had been presented. The complex emptrioal dependence of steel drill strings value mass wear from influence six basic factors had been received. New oil compounds and drilling fluid had been researched. The dependence of steel drill strings mass wear from maximum contact stresses had been received. The energetic prediction method of steel drill strings wear had been elaborated. The durability prediction methods of steel drill strings had been elaborated. Residual life of steel drill string is predictioned with the help of this methods. It will allow to decrease quantity of steel drill strings refusal by plan of extra measuring of drill pipes thickness. The methods was inculcated in industry.