ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 200
Скачиваний: 0
При погружении в промывочную жидкость стальные трубы теряют —13% своего веса, а трубы из алюминиевых сплавов облег чаются на —36%.
Соответственно уменьшается мощность при извлечении буриль ной колонны из скважины.
Исследования, проведенные в Азербайджане, показали, что мощность на вращение бурильной колонны в процессе бурения изме няется примерно пропорционально весу бурильных труб.
Вот почему в последнее время стоит вопрос о выпуске бурильных труб на основе алюминия, магния и титана. Трубы на основе титана, вероятно, будут применяться для сверхглубокого бурения, так как они не боятся высоких температур и обладают высокими меха ническими свойствами, их удельный вес у = 4,5 гс/см3.
Для разведочного колонкового бурения должны найти приме нение ЛЕТ на основе алюминия. Опытная партия ЛБТ диаметром 24 и 34 мм из алюминиевого сплава была изготовлена институтом ВНИИметмаш методом прессования.
Эти ЛБТ применялись при алмазном бурении в породах IX
иX категорий по буримости. Испытания показали:
1)мощность, затрачиваемая на подъемные операции и на враще ние бурильной колонны, уменьшается;
2)облегчается труд и повышается производительность буровой бригады;
3)легкосплавные трубы не подвергаются коррозии.
Успешно испытана опытная партия ЛБТ диаметром 50 и 60,3 мм, которые ныне внедряются. Фирма «Креллус» (Швеция) выпускает алюминиевые ЛБТ диаметром 33/21, 43/30; 53/37 мм с ниппельными соединениями.
Новый стандарт бурильных труб
При бурении пород V II—XII категорий по буримости (по ЕНВ) основным породоразрушающим инструментом являются алмазные коронки.
Алмазное бурение наиболее эффективно при высоких скоростях вращения.Но при больших скоростях вращения бурильной колонны может возникать вибрация, снижающая износостойкость алмазных коронок. Для уменьшения вибрации полезно уменьшать зазор между бурильной трубой и стенками скважины.
Т а б л и ц а 15
Размеры бурильных труб ниппельного соединения
Диаметр бурильных труб, |
мм ........................ |
24 |
32 |
Толщина стенки труб, мм |
................................ |
4,5 |
4,5 |
Рекомендуемый диаметр алмазной |
коронки, |
|
|
с СОо*
4,5
42 |
50* |
54 |
68 |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
4,5 |
М М ....................................................................................................................................... |
26 36 46 46 |
59 59 76 |
* Д ля бурения алмазами глубоких скважин.
Поэтому ныне установлен следующий ряд бурильных труб нип пельного соединения специально для алмазного бурения (табл. 15).
Кроме того, установлен следующий размерный ряд бурильных труб с муфтово-замковыми соединениями: 50, 63,5 и 73 мм. Толщина стенок этих труб 5,5 мм.
§ 3. РАБОТА БУРИЛЬНЫХ ТРУБ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ БУРЕНИИ
Колонна бурильных труб представляет собой упругую систему, которая в процессе бурения воспринимает нагрузки, меняющиеся
по |
величине и направлению. |
подвешенной |
на |
Растягивающие напряжения в верхнем сечении |
|
крюк или на шпиндель колонны будут |
|
|
|
= -J = aL (Y — Y») кгс/см2, |
(36) |
где Q — вес колонны бурильных труб в скважине в кг; а — коэф фициент, учитывающий вес соединительных ниппелей или замков; F — сечение бурильной трубы в см2; L — длина всей колонны в см;
у = 0,00785 — удельный |
вес материала стальных труб в кгс/см3; |
|
уж = 0,0012 — средний |
удельный вес промывочной жидкости. |
|
Для ниппельных труб в среднем а |
= 1,05; для замковых — а — |
|
—1,08—1,10. |
часть веса |
колонны передается на забой |
В процессе бурения |
||
для осуществления необходимой нагрузки на породоразрушающий инструмент. Тогда напряжение растяжения в верхнем конце будет
аР = ~ a (L— l) (Y —Y») кгс/см2, (37)
где С — осевая нагрузка на забой (реакция от забоя) в кгс; I — длина сжатой части колонны в см.
Если бурильные трубы в местах соединений ослаблены резьбой,
то напряжения растяжения в опасном сечении будут больше |
|
<7р =фос£ (у —Ѵж) |
(38) |
и |
|
о"ѵ = ц>а(Ь— 1)(у — уж), |
(38а) |
F
где F — сечение трубы в целом месте; F о — сечение трубы в месте, ослабленном резьбой.
Наибольшие растягивающие напряжения колонна бурильных труб испытывает в начале подъема в связи с появлением дополни тельных сил трения о стенки скважины, в особенности если забой скважины зашламован, а зазор между колонковой трубой и стенками скважины мал.
Сила трения инструмента о стенки скважины может быть принята равной <2т = 0,2 -f- 0,3Ç; кроме того, в начале подъема возникают силы инерции Qa. Полная растягивающая нагрузка в верхней части колонны в начале подъема
<?пол = (? + <?*+ <? Д ’ |
(39) |
где g — ускорение силы тяжести; а — ускорение колонны в начале подъема.
Одновременно с максимальными напряжениями растяжения ко лонна бурильных труб в верхней части испытывает при нормальном ходе бурового процесса и максимальные напряжения кручения.
Крутящий момент в верхней части колонны во время бурения
Мкр= 71620 NlJrnN‘l кгс/см, |
(40) |
где Ny — мощность, потребляемая забойным инструментом в л. с.; N 2 — мощность, затрачиваемая — на вращение колонны бурильных труб (бурильного вала).
Приближенно
Ny = N yF3 л. с., |
(41) |
где N y — удельная мощность, отнесенная к 1 см2 забоя; |
N у колеб |
лется в пределах от 0,08 до 0,15 л. с./см2 (в зависимости от осевой нагрузки, числа оборотов и скорости бурения); F3 — площадь забоя в см2.
Мощность на вращение бурильного вала приближенно может быть
определена по |
формуле |
|
|
|
|
|
N-i = 1 |
• 10 6ѴжLd2n \ |
п |
л. с., |
(42) |
где L — длина |
бурильной |
колонны в |
м; |
d — наружный |
диаметр |
бурильных труб в см; п — число оборотов труб в мин; уж — удельный вес промывочной жидкости.
Эта формула приемлема для скоростей вращения до 250 об/мин. Напряжение кручения в верхней части колонны будет
М кр |
71 620 (ІѴі + М2) |
кгс/см2, |
(43) |
W |
nW |
|
|
где W — момент сопротивления сечения при кручении в см3.
Если d и dу — наружный и внутренний диаметры труб в опасном
сечении, то |
л (di |
df) _ с\ г, di df |
ТЛ7 |
||
~ |
№ |
d |
Максимальный крутящий момент ограничивается мощностью двигателя и может достигать величины
M wax= 71 620 Л д1|>' кгс • см, |
(44) |
где ІѴд — номинальная мощность двигателя в л. с. ; п — скорость вращения колонны в об/мин; т] — к. п. д. передач от вала двигателя до шпинделя станка; Я — коэффициент, учитывающий возможную перегрузку двигателя (для электродвигателей Я = 2, для двига телей внутреннего сгорания Я = 1—1,2).
Из формулы (44) можно определить:
1) напряжение ттах в трубах при максимальной нагрузке дви гателя, равное
71 620ІѴдГ|Я |
(45) |
|||
^max ' |
nW |
|||
|
||||
2) максимально допускаемую мощность двигателя |
|
|||
W [ т ] п __ (d i— d f ) [ T ] n |
(46) |
|||
71 620т]Я |
365 000dï]Â ’ |
|||
|
||||
где [т] — допускаемое напряжение |
|
кручения в кгс/см2. |
|
|
Суммарное напряжение в верхней части колонны, согласно тре
тьей теории прочности, будет |
|
о X= Ѵ Ч + 4т2. |
(47) |
В нижнем сечении колонны возникает наибольшее продольное сжимающее усилие, уменьшающееся и переходящее в растяжение по мере приближения к устью скважины. Сечение, в котором сжи мающее усилие переходит в растягивающее, называют нулевым сечением.
Изогнутая ось бурильной колонны, потерявшей устойчивость, приобретает волнообразную форму, причем длина волны в соот ветствии с величиной продольного усилия имеет наименьшую вели чину в самой нижней части колонны; здесь изогнутая ось имеет наи большую кривизну, а следовательно, нижние бурильные трубы испы тывают наибольшие напряжения изгиба.
Для уменьшения изгибающих напряжений низ колонны полезно собирать из тяжелых труб, а на трубы ставить резиновые протекторы, уменьшающие стрелу прогиба и трение труб о стенки скважины.
§ 4. ПРИНАДЛЕЖНОСТИ К БУРИЛЬНЫМ ТРУБАМ
Во время подъема и спуска колонна бурильных труб подвешивается на подкладной вилке. Подкладную вилку вставляют в прорези замка (см. рис. 40). Отвинчивают или свинчивают свечи бурильных труб с помощью шарнирных или крюкообразных ключей или спе циальных механизмов. Поднимают и опускают колонну при помощи элеватора, который подхватывается крюком. Элеватор своим гнездом
