Расчёт бурильных колонн при роторном способе бурения.

 

Расчёт на выносливость.

1. Переменные напряжения изгиба

                                                                 (14)

Е – модуль упругости, Н/см² (Е = 21 * 10⁶);

I – осевой момент инерции сечения трубы, см⁴ ( , где D и d – соответственно наружный и внутренний диаметр трубы, см);

f – стрела прогиба, см (f = 0, 5 (D_скв – D_з), причём D_скв – диаметр скважины, см

(D_скв = 1, 1 D_дол); D_дол – диаметр долота, см; D_з – диаметр замка, см);

W_изг – момент сопротивления высаженного конца в основной плоскости резьбы, в опасном сечении трубы по пояску и по сварному шву, см³.

 

                                                         (15)

D_нвк – наружный диаметр высаженного конца, см;

D_ввк – внутренний диаметр высаженного конца, см.

                                                         (16)

L – длина полуволны, м;

ω – угловая скорость вращения колонны, рад/с.

 

2. Постоянные напряжения изгиба

      σ _m = 2σ _a                                                                      (17)

3. Коэффициент запаса прочности на выносливость

                                                                 (18)                                                     

(σ _-1)_Д – предел выносливости (в атмосфере), МПа.

Коэффициент запаса прочности на выносливость должен быть n ≥ 1, 9.

 

                       Расчёт на статическую прочность.

Расчёт на статическую прочность ведётся на совместное действие растягивающих и касательных напряжений.

                       Одноразмерная колонна.

1. Растягивающие напряжения (в МПа) задаются длиной первой (нижней) секции труб

                                  (19)

Q_БТ – вес всех труб данной секции, МН.

2. Касательные напряжения (в Н/см²) для заданной секции

τ = М_кр/W_кр,

W_кр – момент сопротивления при кручении бурильной колонны, см³

 

 

                                                              (20)                 

М_кр – крутящий момент, передаваемый бурильной колонне, Н * см

                                                           (21)

N_в – мощность, расходуемая на вращение бурильной колонны, кВт

                          (22)

L – длина колонны, м; D – наружный диаметр бурильных труб, м; n – частота вращения бурильной колонны, рад/с; D_дол – диаметр долота, м; ρ _б.р. – плотность бурового раствора, г/см³; N_д – мощность, расходуемая на вращение долота, кВт.

 

                                   (23)

 

с – коэффициент крепости пород (для мягких пород с = 7, 8; для пород средней крепости с = 6, 95; для крепких пород с = 5, 56); D_дол – диаметр долота, мм; Р_дол = нагрузка на долото, МН.

3. Коэффициент запаса прочности при совместном действии нормальных и касательных напряжений

                                                                          (24)

или приближенно
                                                                                 (25)

Для бурения вертикальных скважин должно быть n = 1, 4 в нормальных условиях и

 n = 1, 45 – в осложнённых условиях.

Если коэффициент запаса прочности не отвечает требуемым величинам, то изменяют длину секции или принимают трубы большей прочности. Затем задаются трубами второй секции, отличающимися большей прочностью, и проводят аналогичный расчёт.

Если необходимо определить длины секций труб при заданном коэффициенте запаса прочности, то, используя приближённую формулу, можно определить длины секций:

а) первая секция одноразмерной колонны

                                           (26)

                                                                              (27)

б) вторая секция одноразмерной колонны

                                                                    (28)

 

                                                                                (29)                    

Общая длина колонны: L = l₁ + l₂ + l_УБТ.

 

Многоразмерная колонна.

 

Расчёт труб меньшего диаметра проводят аналогично описанному выше. Затем переходят к другому, большему размеру труб. Длины секций труб второй ступени:

                                                                              (30)

                                                                      (31)

                                                                      (32)

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: