Техника бурения нефтяных и газовых скважин - Значения предельных нагрузок в зависимости от типа, диаметра, толщины стенки и группы прочности бурильной трубы

 

Значения предельных нагрузок в зависимости от типа, диаметра, толщины стенки и группы прочности бурильной трубы приводятся в справочных материалах по расчету бурильных труб [40, 42].

 

Расчетная нагрузка определяется по формуле

 

clip_image083                      (2.8)

 

где lи l0 — длина бурильной колонны и УБТ, м; q и q0 — вес 1 м бурильной трубы и УБТ, Н; Gзд — вес забойного двигателя, Н; ρж и ρ — плотность промывочной жидкости и материала труб, кг/м3; pn и p0 — перепад давлений соответственно в забойном двигателе и долоте, Па; Fn — площадь проходного канала трубы, м2.

 

Допускаемую глубину спуска бурильных труб можно вычислить, пользуясь выражениями (V.7) и (V.8):

 

clip_image085          (2.9)

 

Необходимую группу прочности материала труб можно также определять при заданных длине бурильной колонны, диаметре и толщине стенки труб исходя из формул (V.6) и (V.8):

 

clip_image087                  (2.10)

 

В расчетах по рассматриваемой методике допускаемый запас прочности имеет регламентированное отраслевыми нормами значение. Если не учитывать облегчения бурильной колонны в промывочной жидкости, то допускаемый запас прочности принимается равным 1,3. При этом предполагается, что выталкивающая сила по своему значению равнозначна обратному действию всех других сил, неучитываемых при расчете действующих на бурильную колонну нагрузок.

 

Если допускаемая глубина спуска выбранных труб недостаточна для бурения на заданную глубину (lдоп + l0<L), то используются многосекционные либо многоразмерные бурильные колонны.

 

Многосекционные колонны состоят из бурильных труб одинакового диаметра, различающихся по предельной нагрузке из-за разной толщины стенки либо группы прочности. В этом случае длину наращиваемой секции определяют, исходя из формул 2.7 и 2.8. Так, например, для двухсекционной колонны длина второй (верхней) секции составляет

 

clip_image089                                                                (2.11)

 

где Рпр1 и Рпр2 — предельные нагрузки бурильных труб первой и второй секций; q2— вес 1 м трубы второй секции, Н.

 

Общая длина колонны L = Lдоп +l2 +l0.

 

Многоразмерные колонны состоят из бурильных труб разных диаметров. Диаметр бурильных труб возрастает от нижних секций к верхним. Длина каждой последующей секции определяется по формуле

 

clip_image091                                          (2.12)

 

где Рпр m— предельная нагрузка бурильных трубm-й секции;

 

Pпр(m-1) — предельная нагрузка бурильных труб (т—1)-й секции; qm — вес 1 м труб m-й секции; Fк' — разность площадей проходных каналов труб     m-й и (т—1)-й секций.

 

Для удобства эксплуатации число секций бурильной колонны должны быть минимальным (одна — три).

 

При роторном бурении бурильная колонна испытывает одновременно растяжение от собственного веса, кручение от вращения бурильной колонны и долота; продольный изгиб, возникающий в результате потери устойчивости. Вращение изогнутой колонны вокруг собственной оси вызывает знакопеременные напряжения, приводящие к усталостным разрушениям труб. Опыт показывает, что большинство поломок происходит в резьбовой части трубы вследствие концентрации напряжений в резьбе. В соответствии с условиями нагружения бурильные колонны для роторного бурения рассчитываются на статическую прочность и сопротивление усталости.