Бурильная колонна
Бурильная колонна – это ступенчатый полый вал, который используется для соединения наземного бурильного оборудования с породоразрушающим инструментом при бурении глубоких скважин.
Бурильная колонна предназначена для:
- Проведения вспомогательных работ, таких как проверка глубины, промывка скважины, расширение скважины, ловильные работы.
- Передачи вращения к долоту от ротора при роторном бурении.
- Спуска и подъема электрического бура, турбинного бура и долота.
- Подвода промывочной жидкости к турбобуру при турбинном бурении.
- Создания нагрузки на долото.
- Монтажа секций токопровода при бурении с электрическим буром.
При роторном бурении и бурении при помощи забойного двигателя, напряжения, действующие на колонну, различаются. При роторном бурении бурильная колонна испытывает ряд нагрузок. Если бурильная колонна не соприкасается с забоем скважины и не вращается, то на нее воздействует только растягивающее усилие, максимум которого наблюдается у устья скважины. Во время бурения нижняя часть бурильной колонны сжимается. Таким образом бурильная колонна подвергается растяжению и сжатию, но при этом есть сечение, где данные воздействия отсутствуют, как и напряжение от них. Также при роторном бурении колонна подвергается напряжениям кручения и изгибающим напряжениям. При использовании забойного двигателя условия эксплуатации и работы бурильной колонны облегчаются. При таком способе она не вращается в процессе бурения, поэтому на нее действую только растягивающие и сжимающие напряжения.
Расчет бурильной колонны для бурения скважины
Расчет основных параметров бурильной колонны для бурения скважин состоит из:
- Расчета и запаса прочности.
- Расчета осевой нагрузки колонны.
- Расчета изгибающего момента.
- Расчета крутящего момента.
- Расчета бурильной колонны в клиновом захвате.
Расчет запаса прочности производится по следующей формуле:
Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, n1 - запас прочности, сложившийся при нормальном напряжении, вычисляемый по предположению, что касательные напряжения отсутствуют; n2 - запас прочности, сложившийся при касательном напряжении, который высчитывается в предположении, что нормальное напряжение равняется нулю.
Осевая нагрузка бурильной колонны может быть определена из следующих значений:
Рисунок 2. Значения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, к - коэффициент, который учитывает воздействие сил трения или сопротивления движению бурового раствора и сил инерции (обычно устанавливается 1,15); Qб - вес первой секции; Qкн - вес компоновки нижней части бурильной колонны; р- перепад давления в долоте и забойном двигателе; F1 - площадь поперечного сечения канала трубы определенной секции; F - площадь поперечного сечения тела трубы определенной секции;q2- приведенный все одного метра трубы определенной секции бурильной колонны; l - длина определенной секции бурильной трубы; p2 - приведенная плотность определенной секции бурильных труб; Qзд - вес используемого забойного двигателя; Qо-вес компоновки бурильной трубы; Qу - вес всех элементов компоновки нижней часть бурильной колонны, за исключением веса забойного двигателя и бурильных труб; p0 - плотность металла, используемого для изготовления бурильных труб.
Изгибающий момент определяется по формуле:
Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, Е - модуль упругости материала, из которого сделаны трубы; I - осевой момент инерции сечения; R - радиус кривизны профиля скважины; S - длина бурильной трубы между замками; Qр - осевая нагрузка.
Крутящий момент рассчитывается из следующих выражений:
Рисунок 4. Формулы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, m= 9545; N - мощность, которая тратится на вращение бурильной колонны и работу долота; n - частота, с которой вращается бурильная колонна; Nхв = N; Nд - мощность, которая тратится на работу долота; Nbi - мощность, которая тратится на вращение определенного участка бурильной колонны; m - количество участков, на которых сложилось постоянное значение наружного диаметра трубы и породоразрушающего инструмента; li - длина участка скважины; Di - наружный диаметр труб на определенном участке; Dci - номинальный диаметр скважины на определенном участке; c - коэффициент крепости горных пород; Dд - диаметр породоразрушающего инструмента; Qд - осевая нагрузка на долото.
Осевая нагрузка, в результате которой напряжение в теле трубы в клиновом захвате достигает предела текучести, определяется по следующей формуле:
Рисунок 5. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
где, QТк1-максимальная осевая нагрузка на трубу в клиновом захвате,в случае если коэффициент охвата равен одному; - предел текучести; F - площадь поперечного сечения трубы; c - коэффициент охвата; -угол охвата; k - число клиньев; dcp - усредненный диаметр трубы; lk-длина клина; - угол наклона клина; - угол трения на поверхности клина с корпусом клинового захвата.
