Гусева Галина Геннадиевна Институт: Горного дела и геологии  Кафедра: Технологии и техники геологоразведочных работ Специальность: Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых Тема выпускной работы: Разработка конструкции освобождающегося метчика для ликвидации аварий при обрыве бурильных труб Научный руководитель: Петтик Юрий Владиславович

Введение

Разрабатываемое устройство относится к аварийному инструменту, который используется для ликвидации аварий при бурении стволов и скважин большого диаметра буровыми установками с агрегатами РТБ (реактивно-турбинными бурами).

Обоснование темы и названия 

В процессе бурения и эксплуатации, а также при производстве ремонта скважин могут возникать многочисленные аварии. Для ликвидации аварий применяют различные приспособления, называемые ловильными инструментами.

При этом часто возникают аварии с бурильными трубами и происходит оставление в скважине частей бурильной колонны в результате поломок по телу трубы на гладких участках, в зоне замковой резьбы или по сварному шву, а также в следствии срыва по резьбовому соединению и падения в скважину колонны труб.

Актуальность роботы

Одним из надежных инструментов для ликвидации аварий являются метчики. Основным недостатком метчиков является то, что они, кроме отдельных конструкций, являются неосвобождающимися, с другой стороны они редко применяются на больших глубинах так, как возникают трудности при присоединении с извлекаемой колонной труб и сложно определить степень крепления последних с трубой. В тоже время имеющиеся конструкции освобождаемых метчиков рассчитаны на небольшие диаметры труб и однократное применение при спуске.

Поэтому разработка конструкции освобождающегося метчика для ликвидации аварий с бурильными трубами большого диаметра и повышение эффективности крепления на извлекаемых трубах является актуальной задачей.

Цель работы: 

Задачи исследования:

• Разработать конструктивную схему работы освобождающегося метчика (выполнить анализ компоновочных решений).
• Обосновать рациональные конструктивные параметры оптимальной конструкции метчика.
• Выполнить опытно-конструкторские работы.
• Разработать технологию подготовки метчика к работе и проведения ловильных работ.

Идея работы:

Повышение эффективности проведения аварийных работ по ликвидации обрывов бурильных труб на больших глубинах, за счет использования освобождающихся метчиков ударно-механического действия.

Объект и предмет исследования:

Объект исследования – технические средства и технология для ликвидации аварий с бурильными трубами.

Предмет исследования – конструкции и параметры метчика обеспечивающие его освобождение в случае невозможности подъема оборванных бурильных труб.

Возможные результаты

• Обоснование принципа действия освобождающегося метчика ударно-механического действия с возможностью повторного захвата без предварительного подъема на поверхность.
• Разработка новой конструкции освобождающегося метчика ударно-механического действия.
• Разработка новой технологии проведения ловильных работ при ликвидации аварий с бурильной колонной.

При бурении стволов и скважин большого диаметра буровыми установками с агрегатами РТБ (реактивно-турбинными бурами) нередки аварии, связанные с оставлением на забое бурильной колонны с агрегатом РТБ. Сложности возникают при захвате бурильной колонны диаметром 168 мм, заканчивающейся муфтовым соединением с конической замковой резьбой З-171.

Известно, что для ликвидации подобных аварий с бурильными трубами применяют метчики-калибры освобождающиеся типа МКО1-114-168. Они предназначены для ловли за резьбу муфты и для извлечения из скважины колонны аварийных насосно-компрессорных труб диаметром 114 мм целиком либо по частям. Данный освобождающийся метчик позволяет произвести только одну попытку захвата оборванных труб. В случае неудачи – его необходимо поднимать на поверхность, разбирать, снова подготавливать к спуску и т.д.

Конструкция метчика-калибра состоит из корпуса 1 метчика-калибра (рис.) стального цельнометаллического тела с левой замковой резьбой на верхнем конце для присоединения к колонне бурильных труб диаметром 89 мм и др. с левой резьбой. На нижнем конце корпуса 1 нарезана наружная левая цилиндрическая резьба под резьбу наконечника 3, а выше этой резьбы имеются симметрично расположенные три наклонных паза с выступами посередине в форме ласточкиного хвоста. На дне каждого наклонного паза просверлены два глухих отверстия, в одном из которых помещается фиксатор 6 с пружиной 7, удерживаемый от выпадения крышкой 5, надетой на фиксатор и ввинченной в отверстие, а в другое ввинчивается установочный винт 8. Вдоль корпуса сделано сквозное отверстие для прохода промывочной жидкости. В пазы корпуса вставлены плашки 2, имеющие на наклонной тыльной плоскости пазы, по форме и размерам соответствующие выступу наклонных пазов корпуса. При этом подпружиненные фиксаторы 6 остаются в утопленном состоянии в глухих отверстиях корпуса под тыльной поверхностью плашек. Снаружи плашки имеют специальную левую нарезку, соответствующую профилю резьбы извлекаемых труб. Посередине плашек просверлено сквозное отверстие под винты 8, которыми плашки крепятся на корпусе. Таким образом, плашки в исходном рабочем положении снизу своими нижними торцами упираются в верхний торец наконечника 3, навинченного на корпус метчика-калибра, а перемещение их вверх в процессе ловильных работ удерживается установочными винтами 8.

Рисунок 1 - Метчик-калибр. Устройство.

Во время ловильных работ вся растягивающая нагрузка, приложенная к метчику-калибру, передается плашкам через верхний торец наконечника 3 и нижние торцы плашек. Наконечник 3 привинчен снизу к корпусу метчика и застопорены винтами 4. Метчик-калибр в собранном виде спускают в скважину на бурильных трубах. Не доходя до верхнего конца колонны аварийных труб, спуск замедляют и, если требуется, включают насос для промывки верхнего конца колонны извлекаемых труб. Затем конец метчика-калибра заводят в муфту и при левом вращении его плашки нарезают резьбу в муфте, надежно свинчивая метчик-калибр с муфтой извлекаемых труб.

После этого пробуют извлечь колонну аварийных труб целиком или по частям. В процессе накрывания верхнего конца колонны труб, а также при свинчивании метчика с муфтой извлекаемых труб величина осевой сжимающей нагрузки, приложенной к метчику, не должна превышать 25–30 кН. В противном случае установочные винты могут быть срезаны и метчик-калибр преждевременно освободится от захвата. Для освобождения метчика-калибра от захвата резко опускают колонну бурильных труб; под действием осевой сжимающей нагрузки от веса бурильных труб около 50 кН срезаются установочные винты и корпус метчика-калибра перемещается вниз по отношению к плашкам. Плашки, двигаясь в радиальном направлении к центру, освобождают метчик от захвата. После перемещения корпуса вниз подпружиненные фиксаторы 5, от тыльной части плашек, под действием силы пружины 7 выходят наружу и препятствуют дальнейшему перемещению плашек вниз. Освобожденный таким образом метчик-калибр извлекают из скважины.

Недостатком метчика является то, что при неудачной попытке захвата труб его необходимо поднимать на поверхность, заменять разрушенные элементы, снова готовить его к спуску и попытке повторного захвата и т. д.

Предполагаемая новизна

Рисунок 2 - Процесс повторного захвата трубы
(16 кадров, 260х263 пикселей, бесконечное повторение, задержка 0,5 c, Adobe Photoshop Creative Suite 4)

Для устранения указанного недостатка и обеспечения возможности повторных захватов метчика без подъема на поверхность предлагается изменить его конструкцию. При этом соединяют сквозное отверстие метчика с помощью каналов с глухими отверстиями для фиксаторов 6 со стороны противоположной пружине. При подаче промывочной жидкости под давлением в сквозное отверстие метчика фиксаторы 6 под действием радиальной силы сжимают пружину7 и утапливаются. При этом плашки освобождаются и возвращаются в крайнее нижнее или верхнее положение в зависимости от фазы работы метчика (уменьшение или увеличение наружного диаметра конической резьбы при перемещении колонны бурильных труб). Одновременно происходит закрепление плашек 2 с помощью фиксаторов 6.

Планируемые практические результаты

Для реализации этого принципа работы необходимо на внутренней поверхности плашки 2 выполнить два отверстия вдоль образующей параллельной продольной оси плашки и отказаться от установочных винтов 8.

Выводы

Рассмотрев и проанализировав проблемы, возникающие при ликвидации аварий, можно сделать вывод, что предлагаемое устройство значительно эффективнее и экономичнее раннее используемых. Так как нет необходимости, при неудачной попытке захвата поднимать устройство на поверхность, разбирать, собирать и снова погружать в скважину. Если не удалось захватить часть оборванной трубы, то метчик используют повторно, не извлекая на поверхность. Это позволяет значительно сократить время на ликвидацию и не прибегать к дополнительным затратам средств. Также данная конструкция устройства позволяет его использование для широкого спектра диаметров, благодаря плашкам, которые могут свободно перемещаться, как и в нижнее, так и в верхнее положение. Предполагается, что внедрение предложенного устройства позволит обеспечить более высокую результативность при ликвидации аварий.

Литература

1. Подгорнов М.И., Пустовойтенко И.П. Ловильный инструмент. Учеб. пособие для рабочих. М.: Недра, 1984. – 148с.
2. Шерстнев Н.М., Расидзе Я.М., Ширинзаде С.А. Предупреждение и ликвидация осложнений в бурении. – М.: Недра, 1979. – 224с.
3. Самотой А.К., Джафаров А.А.-Д. Ловильный инструмент. Справочное пособие. М.: Недра, 1985. – 156с.
4. Винниченко В.М. Предупреждение и ликвидация аварий и осложнений в бурении разведочных скважин: учебное пособие для учащихся профтехобразования и рабочих на производстве / В.М. Винниченко, А.Е. Гончаров, Н.Н. Максименко. – М.: Недра, 1991. – 170с.
5. Гончаров А.Е. Пособие бурильщику и мастеру по предупреждению ликвидации аварий и осложнений при разведочном бурении/ А.Е. Гончаров, В.М. Винниченко. – М.: Недра, 1987. – 128с.
6. Дудля Н.А. Предупреждение и ликвидация аварий при бурении: учебное пособие. - [2-е изд.] / Н.А. Дудля, С. Стричёк, И.Р. Островский. – Донецк: Лира ЛТД, 2007. – 328с.
7. Коломоец А.В. Предупреждение и ликвидация прихватов в разведочном бурении / А.В. Коломоец. – М.: Недра, 1985. – 220с.
8. Пустовойтенко И.П. Предупреждение и ликвидация аварий в бурении. - [з-е издание, переработанное и дополненное] / И.П. Пустовойтенко. – М.: Недра, 1988 – 278с.
9. Самотой А.К. предупреждение и ликвидация прихватов труб при бурении скважин / А.К. Самотой. – М.: Недра, 1979. – 182с.
10. Ликвидация аварий (сборник)

В данный момент магистерская работа находится на стадии разработки. После декабря 2010 года полный текст работы можно получить у автора или научного руководителя