Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Развитие исследований и методик расчета обсадных труб из стеклопластиковых материалов для крепления скважин

ВАК РФ 25.00.15, Технология бурения и освоения скважин

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Панцерно, Игорь Валериевич

Введение. i. Состояние проблемы, задачи исследований.

1.1 Анализ состояния вопроса применения КМ для обсадных труб.

1.2 Сравнительная характеристика эксплуатационных показателей при креплении и эксплуатации скважин трубами из металлических, остеклованных, эмалированных, полимерных и стеклопластиковых материалов.

1.3 Формирование и научная постановка задач исследований по созданию труб для крепления и эксплуатации скважин из композиционных материалов.

1.4 Научные и практические рекомендации по выбору композиционных материалов.

1.5 Выводы.•.

2 Расчет нагрузочных и прочностных характеристик стеклопластиковых труб.

2.1 Расчет прочностных характеристик СПОТ по методике ВНИИТнефти.

2.1.2 Расчет предельного внутреннего давления.

2.1.3 Расчет предельного наружного давления.

2.1.4 Расчет при совместном действии осевого усилия (растяжения) и наружного давления.

2.1.5 Расчет при совместном действии осевого усилия (сжатия) и внутреннего давления.

2.1.6 Расчет при совместном действии изгиба и сжатия.

2.2 Расчет СПОТ на прочность, при совместном действии осевой силы и давления, по обобщенной теории прочности И.И. Гольденблата для стеклопластиков.

2.4 Выводы.

2.5 Анализ критериев прочности анизотропных пластиков.

2.6 Обобщенная теория прочности стеклопластиков.

2.7 Оценка надежности клинового захвата для производства спуско-подъемных операций.•.•.

2.7.1 Разработка математической модели клинового захвата.

2.7.2 Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Развитие исследований и методик расчета обсадных труб из стеклопластиковых материалов для крепления скважин"

Современная тенденция поиска, разведки и разработки месторождений углеводородов связана с проведением буровых работ на больших глубинах, в северных и арктических районах, характеризующихся экстремальными геолого-техническими условиями. Эффективность проведения этих работ во многом предопределяется качеством крепления скважин, возможностью предупреждения смятия и коррозии обсадных колонн, получения достоверной информации о пространственном строении залежей и контроля за последующей их разработкой. [44-45,66,83]

За последние годы в Российской Федерации проводятся исследования по разработке и применению новых композиционных материалов (КМ), армированных стеклонитью и организовано производство их компонентов. [59,92] Накоплен опыт применения таких материалов для создания обсадных стеклопла-стиковых труб (СПОТ).

На основе исследований и разработок институтов и НПО «Пармапласт», «Комикомпозит», ПермНИПИмефть, ОАО «Сургутнефтегаз», «Татнефть», «Пермнефть» и других созданы и используются СПОТ, рассчитанные по стандартным методикам ВНИИТнефти до глубины 2400 метров с ограниченными нагрузочными и прочностными характеристиками. Процессы разработки месторождений Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции требуют проведения геофизических исследований скважин (ГИС) на глубинах более 3000 метров с наружным давлением до 45 МПа, в условиях агрессивных сред и при наличии сложнопостроенных залежей. Экстремальные условия применения СПОТ за пределами существующих методов испытаний создало предпосылки развития методик расчета и прогноза их прочностных характеристик.

Для работы в осложненных и экстремальных условиях на основе высокопрочных стекловолокон разработаны и применены КМ, имеющие физико-механические характеристики, сопоставимые с характеристиками конструкционных сталей, а по некоторым параметрам (плотность, предел прочности при воздействии внутреннего и наружного давления) превосходящие их.[ 35]

Традиционными методами упрочнения (легирование, образование мета-стабильных пересыщенных твердых растворов или гетерофазных дисперсных систем) получают КМ прочностью не более 20—30 МПа и пределом усталости не выше 30% от предела прочности. Армирование КМ стеклянными волокнами повышает эти характеристики соответственно до 50—70 МПа и 70%, а направления расположения волокон в разных слоях КМ при изготовлении СПОТ позволяет регулировать их свойства в плоскости армирования. Для снижения анизотропии механических свойств КМ с однонаправленным и ортогональным армированием используют высокомодульные стеклонити повышенной прочности. [31,6,112] Применяют также полиматричные КМ, в которых для повышения прочности под углом к основным направлениям армирования используют поочередно слои матрицы из нитей с различными механическими свойствами. [115]

КМ с матрицами из стеклянных нитей имеют высокую прочность и жесткость, малую чувствительность к изменениям температуры и тепловым ударам, стойкость против коррозии и эрозии, способность противодействовать отложениям асфальтенов и парафинов, высокие демпфирующие свойства, малые электро- и теплопроводность, малую экранирующую способность для излучения скважинных систем радио- и телеметрии, что значительно расширяет область применения СПОТ.

Настоящая работа посвящается вопросам применения в инженерной практике композиционных материалов, армированных стекловолокнами, на основе термоактивных связующих. Параметры компонентов и процессы получения композитов определяют различные эксплуатационные характеристики готового материала. До настоящего времени вопросы инженерного и конструкционного обеспечения за счет комбинации составляющих компонентов композитов с целью их практического применения изучены недостаточно полно. 8

Применение высокопрочных и высокомодульных волокон для КМ позволяет повысить эксплуатационные характеристики этих материалов и создать материалы с качественно новыми физическими свойствами. [43,97] Использование таких КМ для создания СПОТ с целью их использования для крепления сква}кин глубиной свыше 3000 м и наружным давлением до 45 МПа требует разработки научно-обоснованных положений, позволяющих сформулировать требования к характеристикам таких труб, методом изучения условий их эксплуатации, разработки технологии спуска и цементирования.

I. Состояние проблемы, задачи исследований

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Панцерно, Игорь Валериевич, Ухта

1.1. Рабочий проект РП-154 на строительство разведочной скважины № 24 на Западно-Печорогородской площади. Севернипигаз. Ухта. 1997.

2. Проспект номенклатуры и параметров стеклопластиковых труб, производимых в АО "Пармапласт".- Пермь, 1999 г.

3. Акт кважфжационных испытаний стеклопластиковых труб. Утвержден генеральным директором А.Ц.Рапопортом от 25.06.98. -Пермь, 1998г.

4. Акт результатов крепления стеклопластиковыми обсадными трубами продуктивного интервала сквш1шны №409 БИС. Утвержден главным геологом ТОО "Комине4угь" Ю.Х. Ширяевым.

5. Бажанов В.Л. и др. Пластинки и оболочки из стеклопластиков Учеб. пособие для вузов. Под ред. И.И. 1''ольденблата. -М.: "Высшая школа", 1970.

6. Прочность и деформативность слоистых пластиков. Белянкин Ф.П, Яценко В.Ф., Дыбежо Г.И. Киев, "Наукова думка", 1964 г.

7. Заключение НПО "Бурение" на безопасность применения стеклопластиковых обсадных труб производства АОЗТ "Пармапласт" от23.03.99. -Краснодар.5. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ.51. Диаметр скважины,-номинальный, мм 216-максимальный, мм 281

8. Интервал спуска м. 3380-3500

9. Состав продукции и требования к коистру1сгивиому устройст ву.53.1. Материал труб- стеклопластик.

10. Требования по безопасности и охрана окружающей Среды.

11. Трубы и муфты в условиях эксплуатации, хранения и транспортирования не должны быть токсичны, взрывоопасны, электростатически и искроопасны.

12. Трубы и муфты должны быть химически инертны к веществам, контактирующих с ними в процессе эксплуатации.

13. Трубы и муфты не должны оказывать радиационного воздействия на окружающую среду.