Проектирование эксплуатационной скважины на Туймазинском месторождении
2.5 Расчет колонны бурильных труб при роторном бурении
При роторном бурении после выбора диаметра бурильных труб выполняется расчет на выносливость, а потом на статическую прочность.
1) Расчет на выносливость:
а) Переменные напряжения изгиба
(37)
где Е - модуль упругости материала бурильных труб, J - осевой момент изгиба, f - стрела прогиба, L0 - длина половины волны в результате потери устойчивости КБТ при вращении в нулевом сечении над УБТ, Wизг - момент сопротивления высаженного конца в основной плоскости резьбы (в справочнике по диаметру бурильной трубы).
(38)
где D и d- наружный и внутренний диаметр трубы соответственно.
где Dскв - диаметр скважины, Dскв = 1,1Dд, где Dд - диаметр долота, dз - диаметр замка.
Длина полуволны определяется для сечения непосредственно над УБТ:
(39)
где щ - угловая скорость вращения бурильных труб, m1 - масса 1 м бурильных труб [кг].
(40)
где n - частота вращения долота.
(41)
где Dнк и dвк - наружный и внутренний диаметры высаженного конца, м.
б) Вычисляем коэффициент запаса прочности на выносливость:
(42)
где (-1)Д - предел прочности трубы в Па, в - коэффициент понижения предела прочности за счет нарезки резьбы (в = 0,6).
, что допустимо.
2) Расчет на статическую прочность.
а) Нормальное растягивающее напряжение в поперечном сечении m-ной секции бурильной колонны:
(43)
где k - коэффициент дополнительных сопротивлений (k=1,15), m - порядковый номер секции колонны БТ, Qi - вес i-ой секции бурильных труб в Н, QУБТ - вес УБТ в Н, ДР - перепад давления на долоте в МПа (0,10,35), Fк - площадь поперечного сечения канала трубы в м2 (Fк = 0,785d2), F - площадь поперечного сечения тела трубы в м2 (F=0,785(D2-d2)).
Вес колонны бурильных труб:
(44)
где qБТ7 - вес 1 м гладкой трубы в кг (qБТ7 = 14,2), lБТ - длина БТ в м.
м2
м2
МПа
б) Касательные напряжения для труб m-ой секции:
(45)
где Мкр - крутящий момент в Нм, Wкр - полярный момент в м3.
(46)
где Nвi - мощность, затрачиваемая на вращение i-го участка колонны в кВт, Nд - мощность, затрачиваемая на вращение долота в кВт, n - частота вращения снаряда.
(47)
где Li - длина i-ой секции в м, Di - наружный диаметр i-ой секции в м, Dд - диаметр долота в м, ср - плотность промывочной жидкости [г/см3]
кВт
(48)
где С - коэффициент учитывающий крепость горных пород (для пород средней твердости =0,69) , Рд - осевая нагрузка в кН
Нм
(49)
м3
МПа
в) Коэффициент запаса прочности при совместном действии нормального и касательного напряжений:
(50)
где т - предел текучести материала труб
что удовлетворяет условию.
Общий вес бурильной колонны с УБТ составил:
Qбк =1696 м 0,142 кН/м + 104 кН = 345 кН = 0,345 МН.
На основании полученных результатов выбрана буровая установка Уралмаш 3000БЭ (с максимальной грузоподъемностью 1,7 МН, оснасткой талевой системы 56, лебедкой У2-2-11, электрическим приводом переменного тока и двумя буровыми насосами БРН-1 и ротором Р-460).