Техника бурения нефтяных и газовых скважин - Наибольшие напряжения от собственного веса и передаваемого крутящего момента

 

Наибольшие напряжения от собственного веса и передаваемого крутящего момента испытывают верхние сечения бурильной колонны. Согласно теории наибольших касательных напряжений (третьей теории прочности), условие прочности при совместном растяжении и кручении выражается формулой

 

clip_image093,                                                                     (2.13)

 

где σ — напряжение растяжения; τ — касательное напряжение.

 

Растягивающее напряжение от собственного веса бурильной колонныбез учета потери веса в промывочной жидкости

 

σ = [(l- l0)q+ql0]/F.                                                                                                                                                          (2.14)

 

При бурении гидромониторными долотами учитывают растягивающую нагрузку от перепада давления в долоте.

 

Касательные напряжения определяются по формуле

 

τ = Мк/Wк,

 

где Мк — крутящий момент; Wк— полярный момент сопротивления гладкой части трубы.

 

Крутящий моментпринято определять по мощности, необходимой для вращения бурильной колонны и долота и разрушения забоя скважины:

 

Мк = (Nх.в + Nд)/ω,                                                                                                                                       (2.15)

 

где Nх.в и Nд— мощность соответственно на холостое вращение бурильной колонны и на вращение долота и разрушение забоя; ω — угловая скорость долота.

 

Мощность(в кВт), необходимая для холостого вращения бурильной колонны, определяется по формуле В. С. Федорова [40]:

 

Nxв, = жgd2ln1,7,                                                                                                                                                          (2.16)

 

где ρж — плотность промывочной жидкости, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; d— наружный диаметр бурильной колонны, м;              l — длина бурильной колонны, м; n — частота вращения, об/мин; с — коэффициент, зависящий от искривления скважины: для вертикальных скважин с = 1,7 · 10-9, направленно-искривленных при угле искривления 6—9° с = 30,8 · 10-9, при угле искривления 26—35° с = (47,5 ÷ 52,2)10-9.

 

Мощность, необходимая для вращения долота и разрушенияпороды, определяется по опытным данным (табл. 2.3) либо по эмпирическим формулам [6, 42].

 

При роторном бурении запас статической прочности бурильной колонны без учета ее облегчения в жидкости должен быть не менее 1,4.