КОЛОННЫ ГИБКИХ ТРУБ ПРИ БУРЕНИИ

 

Основными параметрами насосной установки агрегата яв­ляются развиваемое давление перекачиваемой технологиче­ской жидкости Р_мах и ее подача Q_max.

Алгоритм расчета этих параметров следующий.

1. определяют необходимую подачу технологической жид­кости. Эту величину принимают в соответствии с маркой ис­пользуемого забойного двигателя;

2. выбирают технологическую жидкость, с использованием которой будут осуществлять работы. При разрушении пробки в стволе скважины в качестве технологической жидкости можно использовать воду с необходимыми добавками. При бурении горизонтального участка скважины, и особенно в зоне продуктивного пласта, желательно применять техноло­гическую жидкость на углеводородной основе, обычно для этого служит очищенная нефть;

3. определяют схему внутрискважинного оборудования, в соответствии с которой выполняют расчет гидродинамиче­ских потерь при прокачивании технологической жидкости по каналам в скважине. Эти потери складываются из следующих составляющих:

D Р_г.т - гидродинамических потерь при прокачивании тех­нологической жидкости по колонне гибких труб. Так как ко­лонны независимо от глубины бурения характеризуются по­стоянной длиной, то для каждого режима эта величина имеет определенное значение;

D Р_вр - гидродинамических потерь восходящего потока тех­нологической жидкости в вертикальном участке скважины -кольцевом пространстве между колонной гибких труб и экс­плуатационной колонной;

D Р_нк - гидродинамические потери восходящего потока тех­нологической жидкости в наклонном участке скважины -кольцевом пространстве между стенками пробуренного уча­стка скважины и эксплуатационной колонной;

D Р_дв - перепада давления на забойном двигателе при про­водке скважины;

D Р_дл - перепада давления на породоразрушающем инстру­менте (гидромониторные насадки долота и т.д.);

- гидродинамических потерь в манифольде насосного агрегата (линии приема отработанной технологической жид­кости, всасывающие и нагнетательные трубопроводы насо­сов). Обычно эти потери составляют весьма малую долю в общем балансе и в практических расчетах ими можно пре­небречь.

4. Определяют давление, необходимое для ведения данно­го технологического процесса. Его величина

 

 

где D Р _i - гидродинамические потери и перепады давления, имеющие место в данном конкретном технологическом про­цессе. Например, при проведении буровых работ потери бу­дут складываться из всех составляющих, перечисленных вы­ше. При разрушении пробки в эксплуатационной колонне величина D P _нк будет равна нулю.

Расчет гидродинамических потерь на каждом участке од­нотипен.

Величины перепадов давлений на забойном двигателе вы­бираются согласно характеристикам долот и двигателей.

5. Выполняют проверочный прочностной расчет колонны гибких труб для верхнего опасного сечения. При этом долж­ны быть учтены напряжения от собственного веса труб, спу­щенных в скважину, напряжения, вызванные действием рас­четного давления технологической жидкости, и касательные напряжения, обусловленные реактивным моментом, возника­ющим при работе забойного двигателя.

Нормальные напряжения от собственного веса труб (без учета действия Архимедовой силы, что идет в запас прочно­сти колонны)

 

s _в = g _тр × L _тр

 

где g _тр - удельный вес материала колонны гибких труб;

L _тр - длина гибкой трубы, спущенной в скважину.

 

Напряжения, обусловленные давлением технологической жидкости,

тангенциальные

 

s _t = Р_ж × R / d _тр

 

меридиональные

 

s _m = Р_ж × R /2 d _тр

 

где Р_ж - давление технологической жидкости;

R -радиус срединной поверхности трубы;

d _тр = ( d _тр.н – d _тр.в )/2 - толщина стенки трубы.

 

Касательные напряжения, обусловленные реактивным мо­ментом,

 

t = М_кр/ W _р

 

где М_кр - крутящий момент;

W _р = 2 × p × d _тр × R - полярный момент сопротивления поперечного сечения

трубы.

 

Главные напряжения определяются по следующим формулам:

 

s ₁ = 0, 5[ s _a + s _b + (( s _a + s _b )² + 4 t ² )¹/²];

 

s ₂ = 0, 5[ s _a + s _b - (( s _a + s _b )² + 4 t ² )¹/²];

s ₃ =- r _ж

в этих выражениях

 

s _a = s _т + s _в

 

s _b = s _t

 

6. Проверяют КГТ на соответствие условию прочности по третьей или четвертой теориям прочности. При этом опреде­ляют эквивалентное напряжение в опасном сечении

 

s _экв3 = s ₁ - s ₃;

 

s _экв4 = (0, 5)^1/2[( s ₁ - s ₂ )²+ ( s ₂ - s ₃ )² + ( s ₃ - s ₁ ) ²)¹/²].

 

Если при расчетах по четвертой теории прочности пренеб­речь величиной r _ж и считать напряженное состояние пло­ским, то последняя формула приобретает более простой вид:

 

s _экв4 = ( s ₁ ² + s ₂ ² - s ₁ × s ₂ ) ^½ ).

 

Эквивалентные напряжения, получаемые с использовани­ем третьей теории прочности, обычно имеют большее значение. Для получения достаточно надежных результатов лучше всего вычисления проводить по обеим теориям.

Условие прочности будет соблюдено в том случае, если выполняется неравенство

 

s _экв £ s _т / n;

 

где n - коэффициент запаса прочности.

 

Наибольшую сложность при проведении расчетов на проч­ность для гибкой трубы представляет определение реального значения предела текучести и коэффициента ее запаса. Учи­тывая то, что в процессе наматывания и разматывания трубы на барабане напряжения достигают предела текучести, коэф­фициент запаса прочности можно принимать близким к еди­нице - 1, 05 - 1, 1.

Более сложным представляется определение предела те­кучести, величина которого в процессе эксплуатации трубы изменяется вследствие старения материала и его охрупчивания. Для работы с новой трубой могут быть приняты пас­портные значения, взятые из сертификата на материал тру­бы.

В том случае, если материал трубы не удовлетворяет ус­ловию прочности, следует уменьшить рабочее давление до приемлемого уровня. Практически при проведении бурения можно варьировать только этой величиной. Снижение давле­ния может быть обеспечено либо за счет уменьшения подачи технологической жидкости, либо замены забойного двигателя на модель, требующую меньшего расхода последней и, следо­вательно, предопределяющей меньшие гидродинамические по­тери, либо использования колонны гибких труб большего ди­аметра. Последний вариант чреват возникновением организа­ционных проблем, поскольку требует переналадки агрегата - установки барабана с большим диаметром гибких труб и сме­ны рабочего диаметра труб инжектора.

Для вновь принятого варианта диаметров труб, давлений и подач технологической жидкости должны быть повторно про­ведены все расчеты.

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: