9 Выбор и расчёт компоновок бурильной колонны для бурения различных интервалов

9.1 Турбинный способ бурения.

9.1.1. Расчет компоновки убт

Выбираем диаметр первой ступени УБТ, расположенной над турбобуром.

d _убт(1) = (0.65 – 0.85)*0.2159 = 0.14 – 0.184 м.

С учетом табличных данных окончательно d_УБТ(1) = 0,178 м.

По табличным данным согласно диаметру долота выбираем диаметр бурильных труб.

Д_нк = d_н = 0.127 м.

d_нк /d_убт(1) = 0.127/0.178 0.71 < 0.75

По этому предусматриваем установку второй ступени УБТ диаметром

dубт(2) =0,168м.

поскольку

d _убт(1) / d_убт(2) = 0,146/0,178 = 0,82 > 0,75, то наружные диаметры УБТ выбраны правильно.

По табличным данным находим тип УБТ: УБТ – 178 и УБТ – 168 изготовленные из стали «Д».

Примем коэффициент λ1 = 0,7.

Определим длину двухступенчатой УБТ для создания необходимой осевой нагрузки Рд =200 кН.

L_убт = 1.15*Pд/(g*(1-ρ/ρн)*[λ1*q _убт(1)+1/(n-1)*(1-λ1)*q _убт(1))]*cosα) = 120 м.

Найдем длину первой ступени УБТ:

L_убт(1) = λ1* L_убт

L_убт(1) = 0,7*120 = 84 м.

L_убт(2) = 120 – 84 = 36 м.

Окончательно принимаем L_убт(1) = 75 м , т.е. 3 свечи по 25 метров,

L_убт(2) = 50 м , 2 свечи по 25 метров.

Общий вес УБТ в жидкости:

Q_кнбк = g*(G_зд + q _убт(1)* L _убт(1) + q _убт(2)* L _убт(2) )* ( 1-ρ/ρн)

Q_кнбк = 9,81(4790 + 156*75 + 103*50)*(1-1020/7850) = 184 кН.

Общая длина всей компоновки низа бурильной колонны:

L_кнбк = L_зд + L _убт(1) + L _убт(2) = 25 + 75 + 50 = 150 м.

9.1.2. Расчет колоны бурильных труб на статическую прочность

Длину НК примем равной 250 м. Его будем комплектовать из труб типа ТБПН 127*9Д (предел текучести δ = 373 мПа).

Вес НК в жидкости вычисляем по формуле:

Q_нк = g*L_нк*q_нк* ( 1-ρ/ρн)

Q_нк = 9,81*250*29,8(1 – 1020/7850) = 63,7 кН.

Возможный перепад давления в долоте при использовании гидромониторного эффекта (Uд = 80 м/с)оценим по формуле:

∆Pд = ρ* Uд/(2*μ)

∆Pд = 1020*80/(2*0.95) = 3.5 мПа.

Перепад давления в турбобуре найдем по формуле:

∆Pт.б = ∆Pт.б*ρ/ρт*(Q/Q_r)

∆Pт.б = 4,5*10*1020/1200*(0,04/0,03) = 6,6 мПа.

Растягивающее напряжение в верхнем сечении НК определим по формуле:

δр = [k*(Q_кнбк + Q_нк ) + (∆P_зд + ∆P_д)*Fk(1)]/Frp(нк)

δр = [1,1*(184*10+63,7*10)+(6,6*10+3,5*10)*93,3*10]/33,4*10 = 109 мПа.

Коэффициент запаса прочности рассчитываем по формуле:

кд = ν *δт/ (δр+3τ) = 0,8*303*10/ ((109*10 )+(18,7*10 )) = 2

Что выше допустимого значения кд = 1,35

Допустимую длину 1-й секции труб вычислим по формуле:

L₁ = [Q _зап(1) – k*( Q_кнбк + Q_нк)*( ∆Pз б+ ∆Pд)* Fk(1)]/(k*g*q*(1-ρ/ρн))

где

Q _зап(1) = ν*Qр(1)/кз = 0,8*1400*10/2 = 560 кН

тогда

L₁ = [560*10 – 1,1*(184*10+63,7*10)-(6,6*10+3,5*10)*93,3*10]/

(1,1*9,81*25*8*(1-1000/7850)) = 1630м.

уточним длину первой секции труб:

L₁ = 2055– 25 – 150 – 250 = 1630м.

Вес первой секции труб в жидкости определим по формуле:

Q₁ = g*L1*q1*(1-ρ/ρн)

Q₁ = 9,81*473,6*25,8*(1-1020/7850) = 120 кН.

Проверим прочность верхней трубы 1-й секции при спуске их в клиновом захвате.

Примем длину плашек 400 мм и коэффициент С = 0,7.

n_зап = C*Qкл/(Qкнбк + Qкн + Q1) = 0.7*1180*10/((184 + 63.7 + 120)*10) = 2.25 что выше допустимого значения 1,1

По табличным данным крутящий момент для свинчивания УБТ, изготовленных из стали «Д» : УБТ – 178 – 26 кН и УБТ – 146 – 15 кН.

По таблице для соединения труб ТБПН 177*9 выбираем замки типа 3П-127 с минимальным диаметром проходного отверстия 170 мм.

По табличным данным для свинчивания замков необходимый крутящий момент равен 22,3 кН.

Результаты расчетов сводим в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 - Результаты расчетов сводим в таблицу.

Показатели	Номер секции
	УБТ	УБТ	НК	1
Наружный диаметр труб, мм		УБТ-146	ТБПН-127	ТБПН-127
Внутренний диаметр труб, мм	90	74	109	109
Интервал расположения секций, м	1930-2300	1880-1930	1630-1880	0-1630
Группа прочности материала труб	Д	Д	Д	Д
Длина секций	125	50	250	1630
Нарастающий вес колонны, кН	132	184	247,7	367,7