Вопрос 22. Требования к бурильной колонне. Условия работы бурильной колонны.

Вопрос 22. Требования к бурильной колонне. Условия работы бурильной колонны.

1)иметь рациональную компоновку, обеспечивающую достаточную прочность во всех своих частях.

2)иметь минимальную массу, обеспечивать минимальные затраты на СПО

3)обеспечивать циркуляцию бурового раствора с минимальными гидр. потерями.

4)обеспечивать выполнение любых технических операций при возникающих осложнениях или авариях.

5)иметь конструкцию составных элементов.

6)иметь конструкцию резьбовых соединений.

7)изготавливалась из технологичных материалов.

8)быть в целом экологичной.

 Бурильная колонна находится в условиях сложного напряженного состояния. Причем, различные ее участки одновременно подвергаются действию различных нагрузок, вызывающих следующие напряжения: а также осевые (растяжение и сжатие);

· Радиальные, обусловленные избыточным внутренним или наружным давлением;

· напряжения обусловленные изгибающими усилиями;

· касательные напряжения, вызываемые крутящим моментом;

· сминающие от действия клинового захвата;

· динамические напряжения, вызываемые трудно учитываемыми динамическими нагрузками, вызываемыми большим количеством причин;

Вопрос 23. Расчет бурильных колонн. Усилия и напряжения в теле бурильных труб под действием собственного веса БК.

Бурильная колонна в процессе работы испытывает:

1. Нормальные напряжения (изгиб, растяжение, сжатие и т. д)
2. Окружные напряжения (давление промывочной жидкости) при прокачивании бурового раствора
3. Радиальные напряжения (наружное избыточное давление)
4. Радиально-окружные сложные напряжения (клиновой захват)
5. Касательные напряжения (крутящий и реактивный момент)

Расчет БК на прочность

1) Растягивающие нагрузки

1)’  обусловлена  на забойном двигателе или долотных насадках

площадь проходного сечения

2) Крутящий момент

Ротор (ВСП)

момент на холостое вращение

момент на долоте

декремент возрастания момента на долоте в момент времени t

удельная моментоемкость долота

коэффициент, учитывающий профиль ствола

частота вращения

полярный момент сопротивления

3) Напряжение изгиба  

4) Определение результирующего напряжения

Вопрос 24. Гидравлическая растягивающая сила от перепада давления на долоте и забойном двигателе. Крутящий момент и касательные напряжения в теле бурильных труб.

Вопрос 25. Результирующее (эквивалентное) напряжение в теле бурильных труб при роторном бурении и при бурении с ЗД. Наружное и внутреннее избыточные давления, действующие на бурильные трубы при бурении.

Осевые напряжения растяжения σ р в самом нагруженном сечении от суммарных растягивающих нагрузок Fр от собственного веса колонны с учетом плавучести, сил трения и гидравлической нагрузки Fг вычисля-ются по формуле плавучести, сил трения и гидравлической нагрузки F г вычисляются по формуле.

где S - площадь наиболее нагруженного поперечного сечения труб.

При одноразмерной колонне Fр и Fг представляют собой осевое усилие и гидравлическую нагрузку на устье или в начале искривления скважины.

При многоразмерной колонне, составленной из труб из одного и того же материала, расчет на прочность нижерасположенных ступеней произ-водится лишь в том случае, если их площадь поперечного сечения меньше, чем у труб, расположенных у устья.

Если бурильная колонна составлена из труб из различных материалов, расчет на прочность производитсятакже в переходных сечениях.

Вычисляются напряжения изгиба в переходном сечении от вертикального участка к участку набора зенитного угла.

где W – осевой момент сопротивления труб на изгиб, равный

где d – внутренний диаметр труб.

Вычисляются нормальные напряжения как сумма растягивающих и изгибающих напряжений

Определяются касательные напряжения от крутящего момента Мкр

где Wп – полярный момент сопротивления, определяется по формуле

Вычисляются результирующие напряжения. В общем случае, когда в сечениях труб возникают растягивающие, изгибающие и касательные напряжения, результирующие напряжения определяются по формуле.

При приближенных расчетах допускается (по согласованию с руководителем проектирования) определять по приближенным эмпирическим формулам:

а) при бурении вертикальных скважин

б) при бурении обычных наклонных скважин

Вычисляется коэффициент запаса прочности по результирующим напряжениям по формуле

где - предел текучести материала труб.

Найденное значение сопоставляют с нормативным [k], значения которого устанавливаются отраслевыми РД. При статическом нагружении бурильной колонны осевыми растягивающими силами, изгибающим и крутящим моментами должен быть не меньше нормативных, значения которых приведены в табл. 6. 19. Если выполняется условие

то предварительно составленная компоновка колонны остается без изменений. Если условие не выполняется, то трубы заменяются на более прочные. Более высокая прочность труб достигается либо за счет увеличе-ния диаметра ( если это допустимо) или толщины стенки труб, или же за счет использования труб из материала более высокой группы прочности.

 

Коэффициент запаса прочности труб при спуске частей обсадных колонн на бурильных трубах принимается равным таковому при бурении ЗД.

Вопрос 26. Изгиб и устойчивость бурильной колонны. Динамические нагрузки и коэффициент динамичности.

Различные участки бурильной колонны под­вергаются изгибу, при котором она теряет прямолинейную форму. Самым простым видом изгиба является поперечный. Изгиб, происходящий под действием только поперечных сил, называется поперечным изгибом.

Наиболее характерным примером поперечного изгиба бу­рильной колонны является изгиб ее в искривленных интерва­лах (набора и/или снижения зенитного угла) наклонно на­правленной скважины. Изгиб происходит под действием по­перечных сил на контакте колонны со стенкой скважины.

При поперечном изгибе в теле трубы возникают напряже­ния, растягивающие с выпуклой стороны и сжимающие — с вогнутой, которые можно найти с помощью фор­мулы:

 , где D – наружный диаметр труб.

Под действием сравнительно небольшой сжимающей на­грузки, низ колонны теряет устойчивость и изгибается с образованием, так называемой полуволны сжатия. Потерей устой­чивости называется явление, когда система, выведенная из состояния равновесия, не возвращается в исходное состояние под действием лишь сил упругости.

В условиях скважины изгиб происходит в стесненных ус­ловиях, т. е. он будет происходить до тех пор, пока образо­вавшаяся полуволна не коснется в некоторой точке стенки скважины.

Динамические нагрузки на нижнюю часть колонны обусловлены, главным образом, непосредственным динамическим взаимодействием долота с забоем. Удаленные участки ее испытывают динамические нагрузки, обусловленные колебательными процессами, возникающими и распространяющимися от долота, ЗД.

При спуске динамические нагрузки зависят от снижения скорости, регулируемой вспомогательным и основным тормозами лебедки, а также от упругости талевого каната, вышки и колонны спускаемых труб. Различие в источниках и характере переходных процессов, распределении масс и упругости включаемых систем обусловливает количественные и качественные отличия динамических процессов, наблюдаемых в подъемном механизме буровых установок при подъеме и спуске колонны труб.

Опытный коэффициент динамичности учитывает динамические нагрузки в подземном механизме буровых установок:

K = (P₁ + P₂)/P₁,

где P₁ – статическая нагрузка от собственного веса колонны труб и подвижной части талевого механизма; P₂ – динамическая нагрузка.

В результате экспериментальных исследований установлено, что коэффициент динамичности для отдельных звеньев и деталей подъемного механизма буровых установок изменяется от 1, 02 до 2 в зависимости от скорости подъема, определяемой мощностью привода буровой лебедки и массой поднимаемой колонны. По мере увеличения массы колонны труб скорость подъема уменьшается и при этом снижается коэффициент динамичности.

Динамические нагрузки в звеньях подъемного механизма достигают наибольших значений в период подхвата колонны труб с ротора при подъеме и в начале торможения лебедки при спуске.

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: