Способ эксплуатации алюминиевых бурильных труб

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (5D 4 Е 2 В 17/00

1 л 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4048087/22-03 (22) 31.01.86 (46) 07.01.88. Бюл. Р 1 (71) Куйбышевский политехнический институт им. В.В.Куйбьппева и Всесоюзный научно-исследовательский институт разработки и эксплуатации нефтепромысловых труб (72) М.С.Данелянц, В.В.Горбатенко и Г.М.Файн (53) 622.241 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1166538, кл. Е 2 1 В 17/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 905418, кл. Е 21 В 17/00, 1980. (54) СПОСОБ Э КСПЛУАТАЦИИ АЛЮМИНИЕВЫХ

БУРИЛЬНЫХ ТРУБ (57) 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. В противном случае эти перестановки не учитывают явление ползучести, влекущее sa собой накопление повреждаемости в опасных пределах. 1 табл. 1 ил.

1 13646

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

Цель изобретения — увеличение ресурса эксплуатационной долговечности алюминиевых бурильных труб.

На чертеже показан график зависимости длительной прочности 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 тру- 2< бы спускают в скважину и размещают их в зоне с известными температурой и интенсивностью напряженного состояния, характеризующейся определенным соотношением касательных и нормаль- 25 ных напряжений от действующих на бурильные трубы в скважине нагрузок.

После отработки назначенного ресурса, определяемого эксплуатационными условиями, последовательно осуществляют gp перестановку бурильных труб в компоновке колонны таким образом, чтобы они оказывались в зонах скважины с интенсивностью напряженного состояния, равной первоначальной, и увели35 чивающимся при каждой последующей перестановке соотношением касательных и нормальных напряжений.

В случае длительной эксплуатации труб в зонах повышенных 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 пределах и соответствующее уменьшение несу50 щей способности труб.

Перестановка алюминиевых бурильных труб в новую зону скважин с учетом соотношения с /G = К при сохранении постоянства интенсивности напряженного состояния, где — величина касательных напряжений от вращающих нагрузок, 6 — величина нормальных

6 t+ В

G,- =G + Вг где  — параметр нагрузки, определяемый сочетанием касательных и нормальных напряжений и величиной эквивалентного напряжения.

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

ll

D = (Е) —, н1 где (Е) — допускаемая величина накопленной повреждаемости; — порядковый номер режима эксплуатации при заданном К, — накопленная повреждаемость за j-й режим эксплуатации.

Согласно принципу линейного суммирования повреждаемостей разрушение изделий происходит при превышении 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 иэ 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 доля касательных напряжений составляет 30 от нормальных напряжений, что

90 2 напряжений от растягивающих нагрузок, и последовательном увеличении этого. соотношения позволяет увеличить остаточный эксплуатационный ресурс долговечности.

Величина интенсивности напряженного состояния определяется выражением з 13646 соответствует предельному соотношению при бурении с применением забойных двигателей. При одном и том же значении интенсивности напряженного состояния 6; ресурс t бурильных

5 труб в условиях сложного нагружения (К = 0,3) больше, чем ресурс t npu одноосном растяжении (К, = О), следовательно, предлагаемый способ позволяет 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 компо- 20 новки, где отсутствует действие вращающего реактивного момента от турбобура.

Условия работы секции характеризуются следующими данными: растягивающая нагрузка P, = 1222 кН; вращающая нагрузка М = О; G, = 260 MIIa

= О; К, = 01,5; = 260.MIIa.

При практических расчетах напряженного состояния алюминиевых буриль- З0 ных труб параметр нагрузки В = 4,77, допускаемая величина накопленной повреждаемости, определенная экспериментально, jE) = 0,9.

На основании кривой длительной прочности для чистого растяжения (кривая 2) при G = 260 ИПа опреде1 ляют ресурс изделия t и рассчитывают допускаемый ресурс (t) = t, (EJ = 27ч(t jD = 29 ч

t = t, + t, = 49 ч

В примере q = 1, 8.

Способ эксплуатации алюминиевых бурильных труб в зонах скважины с повьппенной температурой, заключающийся в сборке бурильных труб в колонну, в которой новые бурильные трубы первоначально размещают в зоне

45 скважины с известными температурой и интенсивностью напряженного состояния бурильных труб и после выработки части ресурса их переставляют в другую зону скважины, о т л и ч а ю50 шийся тем, что, с целью увеличения ресурса эксплуатационной долговечности, перестановку бурильных труб осуществляют последовательно в зоны с равной интенсивностью напряженного состояния бурильных труб и

55 увеличивающимся соотношением касательных и нормальных напряжений от действующих на бурильные трубы в скважине нагрузок.

ti к1 = =,2 О, 74

При отработке назначенного ресурса, например t., = 20 ч, определяемого эксплуатационными условиями, накопленная повреждаемость составляет величину

Относительный остаточный ресурс изделия характеризуется величиной

D = (Е) — dK = 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.

90 4

Условия работы в нижерасположенной секции характеризуются следующими данными: P = ; Y. — 6,2 кН м; Gz = 218 1"Па, с

= 65,4 МПа; К = 0,3 6 = 260 ИПа.

На основании кривой длительной прочности для сложного напряженного состояния при К = 0,3,(кривая 1), при 6, = 260 ИПа определяют ресурс к изделия tz и рассчитывают допускаемый ресурс

ftг) = tà tEj = 180 ч, При выработке полного ресурса в этом режиме в соответствии с относительньпк остаточным ресурсом D = О, 16 время эксплуатации определяют так:

Полный ресурс изделия определяют суммированием ресурсов в отдельных режимах эксплуатации

Таким образом, согласно предлагаемому способу эксплуатации ресурс изделия можно продлить в раз, что определяется выражением

Формула изобретения

1364690

Интенсивность наВремя до разрушения, ч

Напряжение, ИПа

Темперао тура, С пряженного состояния, ИПа нормальное касательное

250

160

25,0

175

24,6

2,46

220

0,1

620

23,6

4,72

0,2

6,65

0,3

870

22,2

0,4

990

8,22

20,55

550 бс

ЛЮ

b бс

zou

/lI ь с

f50

Рремя. +

Составитель В.Родина

Техред M. Ходанич

Корректор О.Кравцова

Редактор Н.Рогулич

Заказ 6324/22 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул. Проектная, 4