Произвести расчет бурильной колонны на прочность. При расчете бурильных труб в процессе бурения ротором диаметр бурильных труб выбирают в зависимости от диаметра предыдущей обсадной колонны по таблице 1.
При роторном способе бурения рекомендуется сначала делать расчет на выносливость, а после этого – расчет на статическую прочность.
Расчет на выносливость:
1) определяем переменные напряжения изгиба:
где Е — модуль упругости, Н/см² (Е=21·10⁶);
J — осевой момент инерции сечения трубы, см⁴ (определяем по таблице 2);
f — стрела изгиба, см (f=0,5(Дскв – Дз), где Дскв=1,1Ддол, Дз определяем по таблице 2);
Wup— момент сопротивления высаженного конца в основной плоскости резьбы, см3;
L — длина полуволны, м. Для сечения непосредственно над УБТ длина полуволны определяется по формуле:
где ω — угловая скорость вращения колонны, рад/с;
q = qб.т./100, кг/см (определяем по таблице 2).
2) Определяем постоянные напряжения изгиба по формуле:
σm = 2*σa (3)
3) Вычисляем коэффициент запаса прочности на выносливость по формуле:
В соответствии с «Общими рекомендациями по расчету бурильных труб» (σ-1)д — предел выносливости в атмосфере (σ-1)д =87,5 МПа; (σ-1)=310 МПа. Тогда (кσ)д — коэффициент концентрации, который = 310/87,5=3,54. Коэффициент (ψσ)д =0,1/3,54=0,028.
Расчет на статическую прочность:
Расчет на статическую прочность ведется на совместное действие растягивающих и касательных напряжений.
1) Задаются длиной первой (нижней) секции труб и определяют растягивающие напряжения в МПа по формуле:
где к = 1,15;
QБТ — вес всех труб данной секции, МН;
QУБТ — вес утяжеленных бурильных труб, МН;
FК — площадь поперечного сечения гладкой части трубы, м² (таблица 3);
Fтр — площадь поперечного сечения тела гладкой части бурильной трубы, м² (таблица 3);
p0 — перепад давления на долоте, МПа;
pб.р. — плотность бурового раствора, г/см³;
pм — плотность материала труб, г/см³.
Принимаем длину первой секции равной 2200 м, тогда QБТ =2200· 10qб.т.
2) Для заданной секции определяют касательные напряжения в Н/см² по формуле:
τ = Mкр/Wкр (6)
где Wкр — момент сопротивления при кручении бурильной колонны, см3.
где D и d – наружный и внутренний диаметры труб (таблица 3);
Mкр — крутящий момент, передаваемый бурильной колонне, Н·см.
Находим мощность, расходуемую на вращение бурильной колонны в кВт по формуле:
где L — длина колонны, м;
D — наружный диаметр бурильных труб, м;
ω — частота вращения бурильной колонны, рад/с;
Ддол— диаметр долота, м;
ρб.р. — плотность бурового раствора, г/см³.
Находим мощность, расходуемую на вращение долота в кВт, по формуле:
где С – коэффициент крепости пород для мягких пород С = 7,8; для пород средней крепости С=6,95; для крепких пород С = 5,56;
Ддол — диаметр долота, мм;
Pдол — нагрузка на долото, МН.
Определив Nв и Nд, находим крутящий момент и далее напряжение кручения.
3) Рассчитывают коэффициент запаса прочности при совместном действии нормальных и касательных напряжений по формуле:
где σт — предел текучести, МПа (таблица 4). Для бурения вертикальных скважин должно быть n≥1,4 в нормальных условиях и n≥1,45 в осложненных условиях.
4) Задаемся глубиной спуска второй секции, равной 3200 м; трубы стали большей прочности и проводим аналогичный расчет.
5) Определяем длину второй секции в м. по формуле:
l` = l2 – l1 (12)
где l1 и l2 — глубина первой и второй секций соответственно, м.
6) Принимаем допустимую глубину спуска, равную глубине скважине. Выбираем трубы прочности Е и проводим аналогичный расчет.
7) Длина третьей секции в м. определяется по формуле:
l« = l3 – l2 – lУБТ (13)
ПРИМЕЧАНИЕ: если при первоначальном варианте расчета коэффициент запаса прочности не отвечает требуемым величинам, то принимают длину секции или принимают трубы большей прочности. Данные для расчета представлены в таблице 5.
Ответы:
Вариант 1
Вариант 2
Вариант 3
Вариант 4
Вариант 5
Вариант 6
Вариант 7
Вариант 8
Вариант 9
