Проблемы с буровыми штангами, которые никто не проверяет, пока что-нибудь не сломается: полевое руководство по горизонтально-направленному бурению.
При горизонтально-направленном бурении бурильные штанги подвергаются таким нагрузкам, которых нет при вертикальном бурении. Штанги проводят всю свою рабочую жизнь в контакте со стенкой скважины, прокладывая себе путь через грунт и породу под воздействием комбинированного натяжения, крутящего момента и изгиба. Они выходят из скважины покрытыми грязью. Они снова и снова входят в скважину, на протяжении тысяч метров. И первыми выходят из строя те детали, которые почти никогда не проверяются регулярно.
Вот что на самом деле происходит с буровыми штангами для горизонтально-направленного бурения, где искать причину поломки и что делать до того, как она приведет к остановке бурения.
Первыми изнашиваются суставы — и никто этого не ожидает.
Соединительный узел — толстый, деформированный конец, где соединяются буровые штанги, — это самый широкий по диаметру участок бурильной колонны. Это также участок, постоянно контактирующий со стенкой скважины. По мере вращения и продвижения колонны соединительный узел трется о грунт, горные породы и буровой шлам. Корпус штанги, меньший по диаметру, плавает внутри скважины. Вся нагрузка приходится на соединительный узел.
Износ соединения проявляется в уменьшении внешнего диаметра и потере толщины плеча на торце коробки. Эти два параметра определяют класс соединения. Когда внешний диаметр падает ниже минимального значения для данного класса или плечо истончается до предела брака, соединение считается непригодным — даже если корпус стержня все еще находится в хорошем состоянии.
Распространенная проблема: разные марки стали на одном и том же участке. Для соединения из стали G-105 и соединения из стали S-135 одинакового номинального размера могут быть разные минимальные требования к внешнему диаметру. При сортировке смешанной колонны следует ориентироваться на более низкий стандарт. Соединение, соответствующее критериям S-135, может уже не соответствовать минимальным требованиям G-105. Последовательность — залог безопасности. Гадание — нет.
Что с этим делать:Перед началом эксплуатации сварочного прутка нанесите на наружный диаметр соединения износостойкое сварочное покрытие (упрочняющую ленту). Упрочняющая лента при этом прилегает к стенке скважины, а не к сварной стали. Когда слой упрочняющей ленты истончится, нанесите его заново. Эта единственная процедура может удвоить или утроить срок службы соединения. Кроме того, если прочность соединения снижается ниже 2-го класса, рассмотрите возможность его удаления и замены, если корпус трубы все еще находится в исправном состоянии. Новое соединение на исправной трубе стоит дешевле, чем новый сварочный пруток, и вы сохраните большую часть ресурса.
Заедание резьбы: проблема крутящего момента, в которой никто не признается.
Резьба на стержнях жесткого диска выходит из строя двумя способами. Очевидный — механическое повреждение: раздробление резьбы, отслоение гребней, деформация профиля из-за перегрузки. Эти повреждения выявляются при осмотре, поскольку они хорошо видны.
Самый коварный способ — это холодная сварка между поверхностями нитей во время нанесения макияжа. Нити соединяются на микроскопическом уровне. Когда вы пытаетесь разорвать соединение, металл рвется вместо того, чтобы скользить. В результате нити получаются поврежденными, сорванными или намертво заклинившими.
Основная причина в горизонтально-направленном бурении почти всегда одна и та же: недостаточный момент затяжки на противоположной стороне пересечения. На входной стороне буровая колонна затягивается с использованием соответствующего оборудования и с надлежащим моментом затяжки. На выходной стороне, где подключается развертка или узел обратного хода, бригада работает с теми инструментами, которые есть под рукой. Приложенный момент затяжки составляет лишь долю от допустимого. Когда начинается обратный ход и колонна нагружается, недотянутое соединение затягивается еще сильнее — происходит вторичная затяжка с неконтролируемым, чрезмерным моментом затяжки. Именно тогда происходит заедание.
Решение:Используйте специальное оборудование для завинчивания с обеих сторон пересечения. Без исключений. Нанесите резьбонарезной состав с содержанием цинка 40-60% — этот состав обеспечивает необходимые фрикционные характеристики для предотвращения заедания как при завинчивании, так и при откручивании. Цинковые составы также лучше противостоят вымыванию, чем графитовые аналоги в условиях влажного горизонтально-направленного бурения. И если соединение заело, не пытайтесь его спасти. Отрежьте его и нарежьте новую резьбу. Цена заевшего соединения, заклинившего при откручивании, — потерянный проходной отрезок.
Трещины, которых вы не видите
Трещины в корпусе штанги для горизонтально-направленного бурения концентрируются в одном предсказуемом месте: в зоне перехода утолщения. Это коническая часть, где корпус трубы утолщается, соединяясь с инструментальным соединением. Это зона с наибольшим напряжением в штанге, поскольку именно здесь изменяется поперечное сечение, создавая естественную концентрацию напряжений.
Причина — изгиб. Колонна штанг горизонтально-направленного бурения следует по изогнутой траектории скважины. Если фактическая кривизна пилотного отверстия круче, чем предусмотрено проектом — изгиб, резкая коррекция, сплошной изгиб — штанги, проходящие через этот участок, испытывают изгибающие моменты, значительно превышающие их расчетный предел. То же самое происходит при развертывании, если расширенное отверстие имеет неправильную форму и создает угол между развертывателем, колонной штанг и осью скважины.
Трещины усталости при изгибе зарождаются на поверхности переходной зоны и с каждым циклом распространяются внутрь. К тому времени, когда они становятся видимыми невооруженным глазом, они становятся достаточно глубокими, чтобы представлять опасность.
Обнаружение:Контроль методом магнитопорошковой дефектоскопии (МФД) является основным инструментом для обнаружения трещин в корпусе. Каждый шток следует проверять методом МФД после каждой крупной расточки или по графику. Метод МФД имеет «слепые зоны» — саму зону перехода усадки, поверхность плеча и наружный диаметр соединения. Эти области требуют дополнительной магнитопорошковой дефектоскопии (МПД). Перед осмотром необходимо тщательно очистить штоки — грязь, окалина и ржавчина создают ложные сигналы, скрывающие реальные дефекты.
Лица тюленей: менее критично, но всё ещё актуально.
В горизонтально-направленном бурении (ГНБ) используется относительно низкое давление бурового раствора по сравнению с глубоким бурением нефтегазовых скважин — обычно 15-30 метров гидростатического напора при температуре окружающей среды. Уплотнительные поверхности на соединениях бурового инструмента ГНБ не должны выдерживать давление в тысячи фунтов на квадратный дюйм.
Это означает, что незначительные повреждения уплотнительной поверхности — небольшие выпуклости, поверхностные точечные повреждения — можно заделать напильником и вернуть в эксплуатацию. Глубокие ямки или трещины, проходящие по уплотнительной поверхности от внутреннего до внешнего диаметра, следует отбраковывать и ремонтировать. Стандарт ниже, чем в нефтедобывающей промышленности, но не равен нулю. Уплотнительная поверхность, пропускающая буровой раствор во время бурения, снижает скорость потока в затрубном пространстве у долота, ухудшает очистку скважины и может привести к засорению затрубного пространства и застреванию трубы.
Одна из проблем, характерных именно для горизонтально-направленного бурения (ГНБ): грязь, остающаяся внутри бурового стержня после завершения работ. В отличие от вертикальных скважин, где вода стекает под действием силы тяжести, в горизонтальных буровых стержнях остается остаточная грязь. За несколько недель хранения эта грязь высыхает и затвердевает. Возобновление бурения с частично забитым стержнем ограничивает поток, вызывает скачки давления насоса и может привести к разрыву соединения. После завершения работ необходимо продуть каждый стержень сжатым воздухом и чистой водой. Заглушите концы.
Правило распределения
Не все удилища в флоте одинаковы. У некоторых больше погонный метр. Некоторые прошли через более твердые каналы. У некоторых соединения приближаются к пределу прочности.
При планировании бурения, используйте лучшие буровые штанги для операций с наибольшими нагрузками: развертывания и протяжки. На этих этапах возникают наибольшие суммарные нагрузки на растяжение, крутящий момент и изгиб. Штанги в начале колонны — ближе всего к развертывателю — подвергаются наибольшим нагрузкам. Разместите лучшие штанги именно в этих местах. Используйте исправные, но более старые штанги для пилотного отверстия, где нагрузки ниже, а последствия поломки менее серьезны.
Речь идёт не о том, чтобы отдавать предпочтение одним удилищам перед другими. Речь идёт о том, чтобы состояние удилищ соответствовало интенсивности нагрузки, чтобы весь флот изнашивался примерно с одинаковой скоростью. Отслеживайте каждое удилище. Знайте его класс. Распределяйте соответственно.
