Лекция 18 Расчет бурильной колонны на прочность при

Лекция 18 Расчет бурильной колонны на прочность при бурении забойными двигателями

Общие положения • • • Целью проектирования и расчета колонны бурильных труб является разработка конструкции бурильной колонны, т. е. определение: Числа секций (ступеней); Длины каждой секции (диаметр предполагается был выбран ранее); Прочность труб каждой секции (марку стали, толщину стенки). • • Конструкция, по возможности, должна быть выбрана рациональным способом, т. е. удовлетворяла одному из двух критериев: Обеспечивать минимальную массу бурильной колонны; Обеспечивать минимальную стоимость бурильной колонны. Выбранная конструкция должна минимально изменяться в период всего цикла строительства скважины.

Исходные данные для расчета: • • Диаметр долота; Конструкция скважины; Способ бурения и условия бурения; Режим бурения; Ранее рассчитанная КНБК; Траектория скважины; Фактическое наличие номенклатуры бурильных труб.

Особенности расчета для вертикальных скважин 1. При бурении вертикальных скважин исходным расчетным положением является подвешенное состояние БК на крюке (долото не касается забоя) с включенными насосами (т. е. при наличии циркуляции). 2. Колонну сперва рассчитывают на статическое растяжение, которое возникает в результате действия силы тяжести, приложенной к элементам БК, перепада давления в забойном двигателе и долоте с учетом выталкивающей силы Архимеда и силы трения. 3. Расчет секций БК производится снизу вверх.

Особенности расчета для наклонно-направленных и горизонтальных скважин 1. Исходное положение – подъем бурильной колонны из скважины, с включенными насосами. 2. Учитывается: • вес бурильной колонны ниже рассматриваемого сечения; • перепад давления в забойном двигателе и долоте; • силы трения о стенки скважины; • Архимедова выталкивающая сила; • изгибающие напряжения, возникающие при протаскивании БК через искривленный участок скважины. 3. Расчет секций БК производится снизу вверх.

Расчет бурильной колонны на прочность при бурении забойными двигателями вертикальных скважин

Расчетная схема бурильной колонны Где: lзд, l. УБТ, lнк, l 1, l 2, … – длина забойного двигателя, УБТ, НК, 1 -ой, 2 -ой и последующих секций бурильной колонны; Qзд – вес забойного двигателя; QУБТ – вес УБТ; QНК – вес НК; q. НК, q 1, q 2, … - масса одного погонного метра НК, 1 -ой секции, 2 -ой секции бурильной колонны и т. д. ; F 1; F 2; … - площадь поперечного сечения тела 1 -ой, 2 -ой и последующих секций бурильной колонны; , … - пределы текучести стали для 1 -ой, 2 -ой и последующих секций бурильной колонны.

Определение длины и веса наддолотного комплекта (НК) бурильных труб НК комплектуется, как правило, из стальных труб группы прочности «Д» с максимальной толщиной стенки. Длина НК выбирается в пределах 250 – 500 м. Вес НК в промывочной жидкости: q. НК - масса 1 погонного метра бурильных труб НК (определяется по справочным данным); , - плотности бурового раствора и стали.

Основное проверочное условие при расчете на прочность: Где: - фактическое (расчетное) напряжение растяжения в рассматриваемом сечении бурильной колонны; - допустимое напряжение растяжения в рассматриваемом сечении бурильной колонны; - предел текучести стали бурильной трубы; - коэффициент, характеризующий износ бурильных труб; - коэффициент запаса прочности на растяжение

Проверочное условие по нагрузке: Где: Q(i) – значение осевой растягивающей нагрузки, действующей в рассматриваемом сечении бурильной колонны (определяется по расчетным формулам); Qдоп(i) – допустимое значение осевой растягивающей нагрузки, действующей в рассматриваемом сечении бурильной колонны (определяется по справочным данным, коэффициенту запаса прочности и по степени

Допустимая осевая растягивающая нагрузка на бурильные трубы: Где: - предельная растягивающая нагрузка на трубы i – ой секции; - коэффициент, характеризующий степень износа бурильных труб; - коэффициент запаса прочности на растяжение (1, 4). Для 1 класса БТ θ = 1, для труб 2 класса θ = 0, 8

Определение максимальной длины 1 -ой секции бурильной колонны где: Q(1) - осевая растягивающая нагрузка, действующая на верхнюю трубу 1 -ой секции бурильной колонны; - площадь проходного канала наддолотного комплекта. Для труб 1 секции берутся трубы сравнительно малой прочности, а для каждой последующей секции – большей прочности.

Проверка по длине После вычисления максимальной длины каждой секции необходимо производить проверку БК по длине. да, рассчитываем вторую Для 1 -ой секции: секцию нет, уточняем длину первой : Определяем вес 1 -ой секции:

Схема расчета 2 -ой секции бурильной колонны Qдоп(2) Применим метод сечений, заменив отсеченную часть колонны силой. Верхнее сечение: верхняя труба 2 -ой секции; Нижнее сечение: верхняя труба 1 -ой секции; l 2 q 2 На участке 2 -ой секции действует сила веса, выталкивающая сила и сила трения. Последующие секции бурильной колонны рассчитываются по аналогичной схеме. Qдоп(1)

Расчет 2 секции БК - максимальная длина второй секции да, значит, рассчитываем 3 секцию нет, значит, уточняем - уточненная длина второй секции

Определим длину i-ой секции: да, рассчитываем i+1 секцию; нет, уточняем. Уточненная длина:

Определение веса бурильной колонны Вес i-ой секции бурильной колонны: Суммарный вес бурильной колонны:

Лекция окончена. Благодарю за внимание. Следующая лекция будет посвящена рассмотрению вопросов: