Практическая работа №2 Тема: «Технология бурения нефтяных и газовых скважин»

Произвести расчет бурильной колонны на прочность. При расчете бурильных труб в процессе бурения ротором диаметр бурильных труб выбирают в зависимости от диаметра предыдущей обсадной колонны по таблице 1.

Таблица 1

Трубы	Диаметр, мм
Обсадные	114	127	140	146	168	178	194	219	245	273	≥299
Бурильные	-	-	-	-	-	89	102	114	127	140	146

При роторном способе бурения рекомендуется сначала делать расчет на выносливость, а после этого – расчет на статическую прочность.

Расчет на выносливость

1) определяем переменные напряжения изгиба:

(1)

где Е - модуль упругости, Н/см² (Е=21·10⁶);

- осевой момент инерции сечения трубы, см⁴ (определяем по таблице 2);

- стрела изгиба, см ( =0,5(Дскв – Дз), где Дскв=1,1Ддол, Дз определяем по таблице 2);

- момент сопротивления высаженного конца в основной плоскости резьбы, см³;

- длина полуволны, м. Для сечения непосредственно над УБТ длина полуволны определяется по формуле:

(2)

где - угловая скорость вращения колонны, рад/с;

= , кг/см (определяем по таблице 2).

Таблица 2

Условный диаметр трубы, мм	Приведенная масса 1 ш. трубы длиной 11,5 м, кг	Момент инерции площади попереч. сечения, см⁴	Осевой момент сопротивления, см³	Диаметр замка, мм
89 102 114 127 140 146	15,8 19,5 21,7 23,9 31 39,7	152,4 233,5 340,4 475,8 860,94 925,9	34 46 60 75 123 133	108 133 146 155 178 183

2) Определяем постоянные напряжения изгиба по формуле:

(3)

3) Вычисляем коэффициент запаса прочности на выносливость по формуле:

(4)

В соответствии с «Общими рекомендациями по расчету бурильных труб»

- предел выносливости в атмосфере =87,5 МПа; =310 МПа.

Тогда - коэффициент концентрации, который = 310/87,5=3,54.

Коэффициент =0,1/3,54=0,028.

Расчет на статическую прочность

Расчет на статическую прочность ведется на совместное действие растягивающих и касательных напряжений.

1) Задаются длиной первой (нижней) секции труб и определяют растягивающие напряжения в МПа по формуле:

(5)

где к=1,15;

- вес всех труб данной секции, МН;

- вес утяжеленных бурильных труб, МН;

- площадь поперечного сечения гладкой части трубы, м² (таблица 3);

- площадь поперечного сечения тела гладкой части бурильной трубы, м² (таблица 3);

- перепад давления на долоте, МПа;

- плотность бурового раствора, г/см³;

- плотность материала труб, г/см³.

Принимаем длину первой секции равной 2200 м, тогда =2200· 10

2) Для заданной секции определяют касательные напряжения в Н/см² по формуле:

(6)

где - момент сопротивления при кручении бурильной колонны, см³.

(7)

где D и d – наружный и внутренний диаметры труб (таблица 3);

- крутящий момент, передаваемый бурильной колонне, Н·см.

(8)

Находим мощность, расходуемую на вращение бурильной колонны в кВт по формуле:

(9)

где - длина колонны, м;

- наружный диаметр бурильных труб, м;

- частота вращения бурильной колонны, рад/с;

- диаметр долота, м;

- плотность бурового раствора, г/см³.

Находим мощность, расходуемую на вращение долота в кВт, по формуле:

(10)

где С – коэффициент крепости пород для мягких пород С=7,8; для пород средней крепости С=6,95; для крепких пород С=5,56;

- диаметр долота, мм;

- нагрузка на долото, МН.

Определив и , находим крутящий момент и далее напряжение кручения.

3) Рассчитывают коэффициент запаса прочности при совместном действии нормальных и касательных напряжений по формуле:

(11)

где - предел текучести, МПа (таблица 4).

Для бурения вертикальных скважин должно быть n≥1,4 в нормальных условиях и n≥1,45 в осложненных условиях.

Таблица 3

Условный диаметр, мм	Наружный диаметр, мм	Внутренний диаметр, мм	Площадь тела гладкой части, см²	Площадь гладкой части трубы, см²
89 102 114 127 140 146	89,0 101,6 114,3 127,0 139,7 146,0	75,0 87,6 100,3 113,0 119,7 126,0	18,0 20,8 23,6 26,4 40,7 42,7	44,2 60,2 79,0 100,2 112,5 124,6

Таблица 4

Группа прочности стали
Д	К	Е	Л	М
Предел текучести, МПа
380	500	550	650	750

4) Задаемся глубиной спуска второй секции, равной 3200 м; трубы стали большей прочности и проводим аналогичный расчет.

5) Определяем длину второй секции в м. по формуле:

(12)

где и - глубина первой и второй секций соответственно, м.

6) Принимаем допустимую глубину спуска, равную глубине скважине. Выбираем трубы прочности Е и проводим аналогичный расчет.

7) Длина третьей секции в м. определяется по формуле:

(13)

ПРИМЕЧАНИЕ: если при первоначальном варианте расчета коэффициент запаса прочности не отвечает требуемым величинам, то принимают длину секции или принимают трубы большей прочности. Данные для расчета представлены в таблице 5.

Таблица 5

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Глубина скважины Н, м	3600	3500	3400	4000	3900	3800	3700	3600	3500	4000	3900	3800	3700	3600	3500
Диаметр предыдущей обс. кол. Добс, мм	178	194	219	245	273	299	178	194	219	245	178	194	219	245	273
Осевая нагрузка на долото рдол, МН	0,12	0,11	0,10	0,13	0,12	0,11	0,10	0,14	0,10	0,11	0,12	0,13	0,10	0,11	0,12
Диаметр долота, мм	165,1	165,1	190,5	190,5	244,5	244,5	165,1	165,1	190,5	190,5	165,1	165,1	190,5	190,5	190,5
Частота вращения долота, рад/с	9,42	9,4	9,3	9,2	9,1	9,42	9,4	9,3	9,2	9,1	9,42	9,4	9,3	9,2	9,42
Плотность бурового раствора , г/см³	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,2
Плотность материала труб , г/см³	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85	7,85
Перепад давления на долоте , МПа;	7	7	7	8	8	8	7	7	7	8	8	8	7	7	7
Вес УБТ , МН	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16	0,11	0,12	0,13	0,14	0,15	0,16	0,11	0,12	0,16
Длина УБТ , м	100	110	120	130	140	150	100	110	120	130	140	150	100	110	150
Условия бурения	Осложненные					Нормальные					Осложненные
Крепость пород	Мягкие породы					Средней крепости породы					Крепкие породы