Файл: Михайлова, Н. Д. Практические расчеты при колонковом бурении учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 22.10.2024

Просмотров: 94

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

щнй в результате действия центробежных сил при вращении бу­ рильных труб; колебания, возникающие также при вращении ко­ лонны и зависящие в значительной степени от уравновешенности бурильного вала, однородности разбуриваемых пород и других факторов. Помимо этого, на бурильные трубы действуют дополни*, тельные переменные и динамические нагрузки, обусловленные ря­ дом причин и не поддающиеся точному определению.

Условия работы бурильных труб подробно рассмотрены А.Е. Сарояном в работе [33].

Исследованиями, проведенными в Азинмаше, установлено, что большинство аварий с бурильными трубами связано с их уста­ лостным разрушением, возникающим при воздействии переменных нагрузок (изгиб, крутильные и продольные колебания). Основным фактором, приводящим к образованию переменных напряжений, яв­ ляется знакопеременный изгиб, возникающий при вращении колон­ ны.

Увеличивающаяся глубина разведочных скважин и повышенные скорости вращения снаряда при алмазном бурении требуют более полного .расчета колонны бурильных труб на прочность.

Рассчитать точно колонну бурильных труб трудно,■поэтому расчет производится с некоторыми допущениями, которые учиты­

ваются при определении коэффициента запаса прочности.

 

Р а с ч е т

к о л о н н ы

 

б у р и л ь н ы х

т р у б

п р - и

к о л о н к о в о м

б у р е н и и .

В процессе бу­

рения трубы испытывают

статические

напряжения: растяжения <5р ,

сжатия

бсж

, кручения

Т

и переменные напряжения: изгиба би^,

касательные

Ч7К в

результате действия крутильных колебаний

и напряжение растяжения-сжатия

бр с

в

результате продольных

колебаний колонны,

(значения Т,,

бп »

для условий колонкового

бурения не могут быть рассчитаны из-за отстутствия данных).

Установлено [33] , что статические

нагрузки,

действующие на

колонну

бурильных труб,

увеличиваются с приближением к устыр,

тогда как переменные нагрузки возрастают в обратном направле­ нии, т .е . к забою. Исходя из этого, проверочный расчет на прочность бурильных труб при бурении рекомендуется произво­ дить по двум сечениям: верхнему и нижнему.

Условие прочности для труб в верхнем сечении определяет­ ся’ выражением

Ѵ'бI + 4 <гг ^

[б]

,

(62)

где (5рнапряжение растяжения;

Т -

касательные

напряжения;

[о]- допускаемое напряжение растяжения. Напряжение растяжения определяется по формуле

 

 

 

 

Q

P

[(■£’ -

l o ) î + 1о ? у т ]

 

 

С63)

 

 

 

<5р = - ÿ -

---------------- ---------------------------,

где

d p -

нагрузка,

действующая в

начальный момент при подъе­

ме колонны;

F -

площадь сечения

бурильной трубы; L

- длина

колонны бурильных труб,

м;

10 -

длина утяжеленных бурильных

труб, м;

 

g

- средний вес

1 м колонны бурильных труб [форму­

ла (6 1 )],

кг/м,

5утвес 1 м утяжеленных труб, кг/м ;

уж -

удельный вес промывочной жидкости;

у

- удельный вес материа­

ла трубы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Длина утяжеленных бурильных труб может быть рассчитана

по формуле

(60)

либо по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1° =

° > Ч у т { 1 -

 

 

'

(6 4 )

где Р -

осевая нагрузка на породэразрушапций инструмент, кг.

 

Касательные напряжения, возникавшие в бурильной колонне

под действием крутящего момента,

определяются по формуле

 

 

 

 

Т =

 

М,кр

 

71620 N

 

(65)

 

 

 

 

W„

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кр

 

 

 

 

 

 

іде

Мкр -

крутящий момент;

И£р -

полярный момент сопротивле­

ния;

aN

-

мощность, расходуемая при"бурении, л .с .,

определя­

ется по формулам, данным в гл.УП;

 

п

- число оборотов колон­

ны,

мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полярный момент сопротивления рассчитывается по формуле

 

^

 

 

w

 

_ J L .

d

 

<*>*). .

 

 

 

 

кр

16

 

 

 

 

 

)

где d ж dt - соответственно наружный и внутренний диаметра трубы, см. Допускаемое напряжение рассчитывается по формуле

Г6] =

>

(66)

где б т - предел текучести

при растяжении (сы.табл.36);

к -

коэффициент запаса. При работе бурильных колонн з неосложнен­ ных условиях с применением нормальных промывочных растворов (без утяжелителей) и при учете потерь веса в жидкости прини­ мается к = 1,6.

При бурении в осложненных условиях, сопровождающихся обвалообразованием, прихватом колонны бурильных труб, прохож­ дением трещиноватых пород с уходом промывочной жидкости, при­ менением утяжеленных растворов, а также при бурении наклонно направленных скважин коэффициент запаса принимается равным

к = 1,45 + 1,55.

Для нижней части колонны, где преобладающее значение имеют переменные нагрузки, коэффициент запаса на выносливость для бурильных труб в условиях колонкового бурения можно опре­

делить

тах:

 

 

б-t

 

 

к =

(67)

 

”»tjr +

РѴ }

где к

- коэффициент запаса,

принимаемый равным 1,2 -1 ,3 ; б .,-,

предел выносливости при симметричном цикле изменения напряже­ ны* изгиба; би,г- напряжение изгиба в рассматриваемом сечении;

ß

По

Gpej -

результирующее напря­

- безразмерный коэффициент;

жение сжатия и кручения в нижнем сечении.

 

 

 

 

2 б.

 

 

 

(68)

 

 

 

 

 

где

б0 - предел выносливости при асимметричном цикле.

 

 

При определении приблизительных значений

б_, -и б0

для

бурильных труб могут быть использованы

зависимости

[ЗЗ],

по­

скольку точных данных нет:

 

 

 

 

 

б .,=

0,35 бв + 1 2 ,2 , кг/мм2 ;

<30 =

(1,5 +

1,8)

G-,

 

где 6g - предел прочности при растяжении (см .табл.36). Напряжение изгиба рассчитывается по формуле

d f

»

(69)

GHjr = 1000 —

где d - наружный, диаметр бурильных труб или замков, см; { - стрела прогиба, см, / = ( Dc - d ): 2 (здесь JDC- диаметр скважины, принимаемый равным Пс= (1,1+ 1 ,2 ) D , см; В - диа­ метр породоразрушкщего инструмента, см); I - длина полувол­ ны изгиба колонны от совместного действия центробежных и осевых сил, м.

 

 

I = -^ -~ /о,5z + Уо,25гг +

'

,

(70)

где си

-

угловая

скорость вращения колонны,

1/сек, ш =отп/зо

(здесь

п

- число

оборотов колонны в минуту); г

 

- расстоя­

ние от рассматриваемого сечения до нейтрального,

в

котором

напряжения растяжения и сжатия отсутствуют (для растянутой части колонны это величина положительная, для сжатой - отри­

цательная) ,

м;

7 - экваториальный момент инерции поперечно­

го сечения

тела

трубы, см4 ,

 

7 = 5Г/б4 ( d

1* - d f ) ,

q -

вес

1 см трубы,

кг.

Если

определенное

по формуле

(70)

значение I

окажется

несколько

больше расстояния между бурильными

замками

I^

,

то рекомендуется для учета влияния бурильных замков щжнять

длину полуволны равной

; если

К і у то

в формулу (69)

подставляется расчетное

значение

I

. При

I = І^в формуле для

определения стрелы прогиба следует

вести расчет при значении

d, равном наружному диаметру бурильного замка. Результирующее напряжение 6p6j определяется из выраже­

ния

cpej = У°с

+

' ,

(71)

где с с т напряжение сжатия,

кг/см2 ; Т

- касательные напря­

жения кручения, определяемые

по формуле

(65,).

Смотрите также файлы