Материал: Бурение поисково-разведочной скважины на месторождении каменного угля

Условие прочности колонны бурильных труб при действии статических нагрузок в процессе бурения определяется выражением (41).

 (41)

где  - предел текучести при растяжении, МПа, для стали марки 36Г2С ; - напряжение растяжения МПа;  - касательное напряжение МПа.

Напряжение растяжения рассчитывается по формуле (42).

 (42)

где  - вес колонны бурильных труб, действующих в рассматриваемом сечении, Н;  - площадь поперечного сечения трубы, м2.

При расчета веса колонны рассматриваем следующие варианты:

.        В процессе бурения в сечении у устья скважины, рассчитывается по формуле (43):

 (43)

.        При подъеме бурильных труб из скважины в сечении у устья скважины, рассчитываемое по формуле (13).

Касательное напряжение  пропорционально крутящему моменту, передаваемому колонной бурильных труб на породоразрушающий инструмент н расходуемому на вращение самой колонны. Максимальных значений достигает в сечении у устья скважины. Рассчитывается по формуле (44).

 (44)

где - полярный момент сопротивления труб при кручении, м3;  - крутящий момент в рассматриваемом сечении колонны, Нм.

Полярный момент сопротивления труб при кручении рассчитывается по формуле (45).

 (45)

где  - наружный и внутренний диаметры бурильной трубы, м.

Крутящий момент в рассматриваемом сечении колонны рассчитывается по формуле (46).

 (46)

где  - мощность, передаваемая от бурового станка на породоразрушающий инструмент в процессе бурения, определяется в зависимости от положения рассматриваемого сечения колонны бурильных труб, Вт;  - угловая скорость вращения колонны бурильных труб, с-1;  n - частота вращения колонны бурильных труб, об/мин.

При расчете мощности  можно руководствоваться следующими положениями:

.        Мощность на устье рассчитывается по формуле (47).

 (47)

.        ощность в нулевом сечении (длина колонны ) рассчитывается по формуле (48).

 (48)

Значения  берутся из расчетов по формулам (5), (8), (9).

Условие прочности колонны бурильных труб при сложном напряженном состоянии и переменных напряжениях, т. е условие прочности на выносливость, определяется выражением (49).

 (49)

где  - суммарный коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям;  - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;  - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям рассчитывается по формуле (50).

 (50)

где  - предел выносливости труб, МПа;  предел текучести при растяжении, МПа;  - напряжение изгиба, МПа;  - значение зависит от положения рассматриваемого сечения, для нулевого сечения

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям находится по формуле (51).

 (51)

где  - предел текучести при кручении, МПа.

Значение предела выносливости труб может быть вычислено по формуле (52).

 (52)

где  - предел выносливости материала трубы в воздухе для полированного образца, МПа;- коэффициент, учитывающий состояние поверхности, ;  - коэффициент учитывающий влияние масштабного фактора, для стальных труб

Напряжение изгиба рассчитывается по формуле (53).

 (53)

где  - стрела прогиба, м,  диаметр породоразрушающего инструмента, м;  - длина полуволны, м;  - осевой момент сопротивления при изгибе, м3; I - осевой момент инерции сечения трубы, м4; E - модуль упругости Юнга, Па, для стали .

Осевой момент сопротивления при изгибе может быть найден по формуле (54).

 (54)

Осевой момент инерции сечения трубы может быть найден по формуле (55).

 (55)

Длина полуволны может быть рассчитана по формуле (56) для вертикальной скважины.

 (56)

где  - расстояние от нулевого сечения до рассматриваемого, м; знак минус перед первым членом под радикалом принимается при расчете длины полуволны для сжатой части бурильной колонны.

Длина полуволны для нулевого сечения рассчитывается по формуле (57).

 (57)

Предельно допускаемая частота вращения колонны бурильных труб, при которой запас прочности в случае переменных нагрузок в наиболее слабом звене нулевого сечения не будет меньше заданного, рассчитывается по формуле (58).

 (58)

где ,  - коэффициенты, значения которых для бурильных труб муфтово-замкового соединения принимаются из таблиц; D - диаметр породоразрушаюшего инструмента, м;  - диаметр замка, м.

Предельно допускаемая нагрузка из условия прочности сжатой части колонны рассчитывается по формуле (59).

 (59)

где  - предельный знакопеременный изгибающий момент для бурильных труб, Нм.

Пример расчетов колонны бурильных труб на прочность при колонковом бурении:

Условие прочности колонны бурильных труб при действии статических нагрузок в процессе бурения.

Вес колонны в процессе бурения в сечении у устья скважины, рассчитывается по формуле (43):

.

Вес колонны при подъеме бурильных труб из скважины в сечении у устья скважины, рассчитываемое по формуле (13) при , ,,;

Напряжение растяжения рассчитывается по формуле (42) при

Полярный момент сопротивления труб при кручении рассчитывается по формуле (45):

Мощность на устье рассчитывается по формуле (48):

ощность в нулевом сечении (длина колонны ) рассчитывается по формуле (48).

Крутящий момент в рассматриваемом сечении колонны рассчитывается по формуле (47):

Касательное напряжение  рассчитывается по формуле (44):

Условие прочности колонны бурильных труб при действии статических нагрузок в процессе бурения определяется выражением (41) при

Условие прочности колонны бурильных труб при сложном напряженном состоянии и переменных напряжениях, т. е условие прочности на выносливость.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям находится по формуле (51) при

Значение предела выносливости труб может быть вычислено по формуле (52) при

Осевой момент сопротивления при изгибе может быть найден по формуле (54) при  =0,055м;

Осевой момент инерции сечения трубы может быть найден по формуле (55).

Длина полуволны может быть рассчитана по формуле (56) для вертикальной скважины при z=66 м;

Длина полуволны для нулевого сечения рассчитывается по формуле (57):

Напряжение изгиба рассчитывается по формуле (53).

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям рассчитывается по формуле (50).

Условие прочности колонны бурильных труб при сложном напряженном состоянии и переменных напряжениях может быть рассчитано исходя из формулы (49).

Предельно допускаемая частота вращения колонны бурильных труб рассчитывается по формуле (58).

Предельно допускаемая нагрузка из условия прочности сжатой части колонны рассчитывается по формуле (59)

8. Техническая и экологическая безопасность проведения работ

При проведении буровых работ должны соблюдаться требования, предусмотренные правилами безопасности при геологоразведочных работах:

Общие требования:

Работы по бурению скважины могут быть начаты только на законченной монтажом буровой установке при наличии геологотехнического наряда, и после оформления акта о приеме буровой установки в эксплуатацию.

Эксплуатация бурового оборудования и инструмента:

В талевой системе должны применятся канаты, разрешенные паспортом бурового станка (установки).

После оснастки талевой системы буровой мастер должен записать в “Журнал проверки состояния охраны труда” конструкцию талевой системы, длину и диаметр каната, номер свидетельства (сертификата), дату изготовления и навески каната.

Талевый канат должен закрепляться на барабане лебедки с помощью специальных устройств, предусмотренных конструкцией барабана.

Во всех случаях при спускоподъемных операциях на барабане лебедки должно оставаться не менее трех витков каната.

Запрещается во время работы буровых станков:

а) переключать скорости лебедки и вращателя, а также переключать вращение с лебедки на вращатель и обратно до их полной остановки;

б) заклинивать рукоятки управления машин и механизмов;

в) пользоваться патронами шпинделя с выступающими головками зажимных болтов;

г) производить замер вращающейся ведущей трубы;

д) подниматься на рабочую площадку.

Запрещается во время спускоподъемных операций:

а) работать на лебедке с неисправными тормозами;

б) охлаждать трущиеся поверхности тормозных шкивов водой, глинистым раствором и т.д.;

в) стоять в непосредственной близости от спускаемых (поднимаемых) труб и элеватора;

г) спускать трубы с недовернутыми резьбовыми соединениями;

д) производить быстрый спуск на всех уступах и переходах в скважине;

е) держать на весу талевую систему под нагрузкой или без нее при помощи груза, наложенного на рукоятку тормоза, или путем заклинивания рукоятки;

ж) проверять или чистить резьбовые соединения голыми руками;

з) применять элеваторы, крюки, вертлюжные серьги с неисправными запорными приспособлениями или без них.

Удлинение рукояток трубных ключей может быть произведено путем плотного надевания на них бесшовных патрубков, не имеющих каких-либо повреждений. Длина сопряжения должна быть не менее 0,2 м. Общая длина ключа не должна превышать 2 м.