Документ: Трубы нефтяного сортамента, страницы 141-145

,где QiI, - осевая нагрузка на долото, Н; а - коэффициент, учитыва

ющий уменьшение эффекта облегчения веса бурильной колонны в

растворе при соприкосновении долота с забоем за счет площади

контакта долота (а< 1).

Наибольшее растягивающее напряжение (в Па) в бурильной ко

лонне в наклонно-направленной скважине определяется из выра

)кения

k (g Рв+ Ри+ Ри+ РТ) (1 -	Уж)+ Fп (Рп +Ро)
ар =	У I	(4.20)
ар =	~~-----------	(4.20)

F

где Рв - масса вертикального участка колонны, кг; Ри - уси.lие,

обусловленное силами трения и собственным весом колонны на ПРЯ:'IOЛIНейных наклонных участках скважины, Н; Ри - УСiIлие, обус.l0вленное силами трения и собственным весом колонны на участках увеличения или уменьшения угла наклона скважины, Н;

рт - усилие, создаваемое в колонне утяжеленными БУРИ.1ЬНЫМИ

трубами и забойным двигателем на нижнем прямолинейном участке

скважины,			Н:
	т
Ри =~ Qиi g (l-1i sin а; + cos ai),										(4.21)
	1
где Qиi -			масса i-ro наклонного участка бурильной колонны; ~H
коэффициент трения труб о породу					(1-1 = 0,15--:--0,35);		ai -		угол на
клона скважины на рассматриваемом участке						(для	веРТlIка.ТIЬНОГО
участка а=О); т -				число наклонных участков;
	n
Ри =	~ ~ti I ± 2qi gRi (соsаiк-соsаiи)- qi gRi ~a; sin aiK									±
	1
										(4.22)
где q~ -		масса 1 м колонны на рассматриваемом участке, кг/м; R,-
радиус		кривизны		участка, м;
										(4.23)
ЩИ, Щи - углы наклона в начале и в конце участка; P i -								УСИ.lие на
тяжения колонны в конце рассматриваемого участка,								Н;	n -	чис
ло искривленных				участков.
В формуле (4.22) при уменьшении угла наклона скважины при
нимают знак плюс, при увеJIИчении -					минус. В	расчетах принпма
ются	абсолютные значения ~ai и слагаемые					выражения (4.22):
Рт =	g (QT + О) (~tn sin ап + cos ап) ,									(4.24)

где I-1л, ап - коэффициент трения и угол наклона на нижнем пря молинейнам участке.

Если на рассматриваемом участке колонна состоит из неСКО.1ЬКИХ

секций, то Ри и Ри определяют для каждой секции, а затем сумми руют. СИЛЫ сопротивления колонны для разных случаев рассг-лотре ны М. ~\1. Александровым.

141

Если Рн, Ри, рт меньше собственного веса колонны на рассмат

риваемых участках, то при расчете по формуле (4.20) сумма эта

пршшмается равной весу бурильной колонны. . Динамические напряжения. В процессе торможения бурильной

колонны при спуско-подъемных операциях возникают инерционные

нагрузки, связанные с изменением скорости движения колонны.

Наибольшие напряжения у устья скважины с учетом динамических напряжений определяются из выражения

	Е д v	V	QT		(4.25)
(J = О'ст + _.-а-		1 + Qб '
где	аст - статическое		напряжение	в подвешенной	колонне, Па;
ди -	изменение	скорости движения		колонны, м/с2 ;	а - скорость
звука в ~еталле, м/с (для стали а=5000); Qб - масса колонныI бу
рильных труб, кг; QT -			масса утяжеленных труб, кг.		В формуле

,(4.25)

Q'l<Qб.

ЕС.1И колонна движется со скоростью v и ускорением w, то после ее мгновенной остановки наибольшее напряжение

(J = О"ет I	-- + --- .
I	Ev	EWl
	а	а2

Кручение

Касательные напряжения действуют по всей длине бурильной колонны. Неравномерная подача энергии и неравномерное ее по

глощенпе колонной приводит к изменению крутящего момента в

процессе вращения, что, в свою очередь, влечет за собой ускорение

изамедление вращения и, как следствие, возникновение колебаний колонны. На бурильную колонну передаются как статические, так

ипере~!енные моменты.

Среднее значение крутящего момента определяется (в Н· м) из

выражения

		B			и	д
М = 9550 . N		B	+ N + N				(4.26)
М = 9550 . N			+ N + N				(4.26)
				n
Мощность			(в кВт), расходуемая на холостое вращение сталь
ных труб в вертикальной скважине,
N B = 13,5.10-8 Id2 n1 ,5 DО~5уж,							(4.27)
где l -	длша колонны, м; d - диаметр бурильных труб, м; D -						диа
метр скваж:ины, м;						n - частота вращения колонны, об/мин;	1'$-
удельный вес раствора, Н/М3•
Мощность			(в кВт), расходуемая на вращение колонны на				изо
fHYTOJ\!	участке:
	2n
	2n		V Е/О/р ,
Nи =---			V Е/О/р ,
	9550R

142

где Е! - жесткость сечения, Н· м2 ; G - модуль сдвига, Н/м2 ; I p -

полярный момент инерции, м4 ; R - ра~иус искривления, м. Мощность (в кВт), расходуем,ая на разрушение породы [форму•

.;1 а, предложенная фирмой «Юз» (США)]:

				(4.28)
где Dд -		диаметр долота, мм; Q-		осевая нагрузка на долото, KH~
с -	коэффициент		крепости пород	(мягкие -7,8; средние - б,9;
твердые -		5,5) .
	Касательные напряжения в колонне (в Н/м2 ) рассчитываются
по	формуле
_n5БО Nв+Nн+Nд				(4.29)
'{-~		W	'	(4.29)
		р
где	Wp -	полярный момент сопротивления сечения трубы, м3•
	Для ведущих труб касательные напряжения определяют в зави..

симости от формы сечения труб. Для ведущих труб квадратного се

чения наибольшие напряжения (в Па) действуют на наружной по

в~рхности трубы в середине квадрата (формула Г. М. Саркисова и Ю. А. Амен-заде).

'{			=		О,6Мкр
	тах			-=-[1-_-О-,-7-(-~-"-:--)4;-::]-а-з-

где r				-	радиус канала трубы, м; а -
м;		Мкр -			крутящий момент, Н· м.

(4.30)

половина стороны квадрата,

Динамические нагрузки возникают при заклинивании ДО.l0та и остановке конца бурильной колонны. Примерное значение дннами

ческого напряжения (в Н/м2 )

• = 1,2.107 u1 d,	(4.31)
где d - диаметр 'iрубы, м; (i) -	угловая скорость.

Изгиб

Изгибающие напряжения возникают как в вертикальной, так и

в наКЛОНiю-направленной скважине и связаны с различными при

чинами, вызывающими ее искривление: вращением колонны, сжа

тпе:\1 колонны усилием, превышающим критическое значение; ис

кривлением ствола скважины; искривлением бурильной колонны

при бурении с плавучих средств, связанным с перемещение:\1 судна

ивлиянием водной среды.

взависимости от условий работы бурильная. колонна может

вращаться вокруг собственной оси или вокруг оси скважины. Ха

рактер вращения определяется затрачиваемой при этом энергией. А. Изгибающие напряжения в вертикальной скважине рассчиты.

вают из выражений:

переменные напряжения
(Jа=л2 Е Jf/2 L2W;	(4.32)

143

постоянное напряжение
От = ,,2	Е 1 f/L2W или ат = 2аа •	(4.33)
Стрела прогиба колонны (в м)		в скважине {= (D CHB - Dз)/2.
Длина полуволны L определяется по формуле (4.7).
Б. Изгибающие напряжения при вращении колонны на искрив
ленных	участках
Оа = Е I/RW,		(4.34)
где R -	радиус искривления; W -	осевой момент сопротивления

опасного сечения. Напряжения аа являются знакопеременными. Если колонна не вращается, то изгибающие напряжения постоянны

иравны:

	(Jи = Е I/RW .									(4.35)
	Радпус		искривления				скважины
	R=----:::-;~=o:::====::=====:==:::;::=======:==									(4.36)
		V 2 (1 -		sin б1		sin б2	cos ~ - cos б1	cos ( 2 )		(4.36)
		V 2 (1 -		sin б1		sin б2	cos ~ - cos б1	cos ( 2 )
!	где 61,	62 -	углы наклона в начальной и конечной точках рассмат-
!	ривае~юго участка длиной 1; ~ - разность								азимута.ТIЬНЫХ углов		в
	тех же точках.
	Напр.'iжение в трубах, подвешенных в клиновом захвате
	Осевая нагрузка (вес колонны),							при	которой	напряжения	в
	Осевая нагрузка (вес колонны),							при	которой	напряжения	в
	трубе достигают предела текучести, определяется									(в кН) из выра
	жения [14]
										(4.37)
	где F -		1 +		4 1 tg (а + <р)			ат -
			1 +		4 1 tg (а + <р)
		площадь сечения трубы, м2 ;							предел	текучести мате
	риала трубы, N\Ла; аср -						средний	диаметр трубм, мм; 1 - длина
	соприкосновения клина с трубой, мм; с -								коэффициент, учитываю
	щий неравномерное распределение удельного давления по окруж
	ности	трубы:
	с = ( ~6~)Y~m-l									(4.38)
	где ~ -	угол охвата трубы плашками одного клина, градус, m-
	количество кш!Ньев.
	ФорУ!ула (4.37) применима при сзО,7 и
	4' -----					,..
	V 3 (1-f-t)2[			3		,..				(4.39)
	V7R			2

144

втабл. 4.1 приведены

предельные нагрузки для

бурильных колонн, ПОд'ве

ше:нных в клиновом захвате,

полученные для а= go27'45"

(уклон 1:6), tg (а+<р) = 0,4

и с= 1. В зависимости от ти

па захвата изменяIO"f\CЯ ве

личины с и 1.

Коэффициенты запаса

nрочности

к.оэффицИ{~нты запаса

прочности при растяжении

n = ат/ар приводятся в табл.

4.2

для колонны, подвешен ной в клиновом захвате:

(4.40)

Для труб с ат<650 МПа наи~еньшее значение n= 1,1, а для труб с aT~650 МПа n= 1,15.

При совместном дейст

вии нормальных и касатель

ных напряжений

n =	ат	• (4.41)
	у(ар + Cfи)2 + 3.2

Запас прочности для бу

рильной колонны, находя

щейся под действием как

переменных, так и постоян

ных напряжений, определя

ется из зависимости (фор МУ.1,а А. Е. Сарояна)

n=

(4.42)

где (а-l) Д - предел вынос

ливости трубы при симмет

ричном цикле изгиба (табл. 4.3); ав - предел прочности;

<Тр - напряжение растяже-

::

00000

"<I'<OC")O)"<I'-(,O"t:t'-oo

C")t--O)C'/<O "<I'ooo.... t--

~--C"IC"I --C'/C"IC"I

s

00000

0000·0

C"I-t--O)-

O)ct---I.Q

<:'I<Ot--О"<l'

C"It--ОО<:'l1.Q

о

---C'\IC\I ---C"I<:\I

::!:

00000

с>

-<000)00

t---~фО_

-----

---~C'\I

~c.ooo

-tQ~оС''')

00000

00

о) о C")O)I.Q

LCОО-О)Ф

Q),;:з ::: ~ ~

----C\J

-

о C")LC t--o

s

00000C"IOOC")<:\I<:\I

~gsg~

"<I'Фо)<:'I

-LCt--ОС'')

----C"I

---<:\1<:\1

00000 00000

с>

C\I~OO~-

t---LCC")-

oC") .... t--о

O~LCOO-

....

---- <:'1----C"\f

~

00000

00

-о<:'lФО

ФФО)'<t'О)

::s

~~~~~ О)~:З~~

:1

::s

....

00000

:1

=~-

00000

0<O<Ot--0о

LC-C\l"<I't--

:>.

.,

----

--.....:..-

.g

ID

OOO С")lC

ОО-<:\I'<t'Ф

-

!:;

со

...

..

00000 00000

со

...,

=

C'\t~--c

t--C") о) о) О

s'

----

..::s

>;

::

C"I

C'I

=

"<I'ФО) <:'1

lCфО)С'')

1::(=

~I

s

00000 00000

<:'I'<t'OOLC<:\It'---U')C'I")

-

OC")"<I't--О

O'<t'lCOO-

I

----C'J----С'!

I

00000

::!:

с>

C")<:\I"<I'o)C") t--оооф-

-

O)~~~~ O)~:::~~

00000

со

С")О) О <:\I'<t' t--"'I'<OOO-

OOS~::!:~

oo=~::t!:::

....

00000

С")ФФlC"'I'

(' -0 ...-- _-- 4

-

I'-o)::~:!: k'-З:::~!:2

::

00000 00000

ООфОО-"<I' -О<:\lФО

oo=~~~ Ф~~~~

00000 00000

с>

"'I't--t--фф

1'-.-...................

~фз~:!:

I'-~=~~

со

:-

""

-~

....

~~g8~

з8~оg

~

::

tQ~ооз::

<ОООООЗ~

'"

.....=

;;.,

с:

=

-..;.

...

Q,

и

'"

~g~

I::{~UJJ:::::;:

I::{~UJJ:::::S

==

t[t

u

r:::

:а

==..о

::s

'" u

::1'

о;

.. :1

::

U

'"

О

С

о

с

о;

~

=.;

....

Q,

1::(=

\Q

>;'"

С")

'"

:.:

1-

е

>;

145

Материал: Трубы нефтяного сортамента

Смотрите также: