5.5.2. Расчет компоновок маятникового типа (отвесных)
Первоначально необходимо определить число ступеней КНБК в зависимости от диаметра долота и обсадной колонны, под которую будет вестись бурение (см. по табл. 5.23) .
Длина УБТ (м) рассчитывается по следующим упрощенным формулам:
для роторного бурения
,
(5.34)
для турбинного бурения
,
(5.35)
где Рд – нагрузка на долото, МН/м; qУБТ – вес 1 м УБТ, МН; G – вес турбобура, МН.
Если УБТ состоят из нескольких секций различных диаметров, то в КНБК выделяют следующие части: жесткая, наддолотная, сжатая, растянутая.
Длина жесткого наддолотного участка определяется из условия обеспечения минимума угла поворота этого участка под действием осевой нагрузки. Значения оптимальной длины ℓ1 жесткой наддолотной части в зависимости от диаметра УБТ приведены ниже.
Диаметр УБТ,мм . . . . . .114 121 133 159 178 203 229 254 273 299
Длина жесткого наддо-
лотного участка компо-
новки ℓ1, м . . . . . . . . . . 8,7 9,1 9,7 11,0 12,0 13,3 14,6 15,9 16,6 18,2
После определения длины жесткой наддолотной части необходимо найти длину сжатой части УБТ, входящих в компоновку:
,
(5.36)
где qУБТ1, qУБТ2 - вес 1 м УБТ жесткой наддолотной и сжатой частей соответственно, МН.
При бурении забойными двигателями в числителе формулы (5.36) вычитается Gт (вес турбобура).
После определения длины сжатой части УБТ необходимо найти осевую критическую нагрузку, МН:
,
(5.37)
где Е - модуль упругости стали, Н/м2; I – осевой момент инерции сечения трубы, м4; q – вес 1 см длины УБТ, МН/м.
Значения критической нагрузки для УБТ различных типов и диаметров можно также найти по табл. 5.24.
Если осевая нагрузка на долото будет больше, чем критическая (Рдс >Ркр), то необходимо в интервалах, где будет
наблюдаться искривление ствола скважины, осевую нагрузку уменьшить до значения критической.
Длина растянутой части определяется по формуле:
для роторного бурения
,
м (5.38)
для турбинного бурения
,
м (5.39)
где qУБТ3 – вес 1 м УБТ в растянутой части, МН/м.
Если в растянутой части будут находиться несколько секций УБТ разных диаметров, то вес этих УБТ (0,25) необходимо равномерно распределить между всеми секциями в растянутой части.
Таблица 5.24
Основные параметры убт
Условное обозначение трубы |
Наружный диаметр, мм |
Резьба |
Внутрен-ний диа-метр, мм |
Диаметр проточки под эле-ватор, мм |
Теорети-ческая масса 1 м трубы, кг |
Критическая на-грузка (без учета гидравлической нагрузки)
кН |
УБТ-95 УБТ-108 УБТ-146 УБТ-159 УБТ-178 УБТ-203 УБТС-120 УБТС-133 УБТС-146 УБТС-178 УБТС-203 УБТС-219 УБТС-229 УБТС-245 УБТС-254 УБТС-273 УБТС-299 |
95 108 146 159 178 203 120 133 146 178 203 219 229 245 254 273 299 |
З-76 З-88 З-121 З-133 З-147 З-171 З-101 З-108 З-121 З-147 З-161 З-171 З-171 З-201 З-201 З-201 З-201 |
32 38 75 80 80 100 64 64 68 80 80 110 90 135 1001 100 100 |
- - - - - - 102 115 136 168 190 190 195 220 220 220 245 |
49,0 63,0 97,0 116,0 156,0 192,0 63,5 83,0 103,0 156,0 214,6 221,0 273,4 258,0 336,1 397.1 489,5 |
11,6 16,3 32,0 40,5 57,8 78,6 18,5 25,6 33,5 57,8 85,6 95.4 118,2 121,5 155,8 192,1 249,8 |
В итоге длина отвесной компоновки (м) будет составлять
для роторного бурения
L =
,
м (5.40)
для турбинного бурения
L =
,
м (5.41)
Пример 5.7. Рассчитать длину отвесной компоновки при следующих условиях: диаметр обсадной колонны, под которую будет вестись бурение – 245 мм; бурение роторное; диаметр долота – 295,3 мм; нагрузка на долото – Рд = 0,3 МН.
Р е ш е н и е. 1. По табл. 5.23 находим, что для бурения под обсадную колонну диаметром 245 мм долотом диаметром 295,3 мм КНБК должна состоять из четырех секций УБТ: 254 (жесткая наддолотная часть), 229 (сжатая часть), 203 и 178 мм (растянутые части), бурильные трубы диаметром 140 мм.
2. Оптимальная длина жесткой наддолотной части составит ℓ1 = 15,9 мм.
3. Длина компоновки по формуле (5.40) и с учетом выше изложенных требований:
L =
м.
4. По табл. 5.24 находим, что для УБТС-229 (сжатая часть) Ркр =118,2 кН = 0,118 МН.
Следовательно Рд > Ркр (0,30 > 0,118), поэтому в интервалах склонных к интенсивному искривлению ствола скважины, необходимо осевую нагрузку снижать до 0,118 МН, чтобы Рд = Ркр.
Пример 5.8. Рассчитать длину отвесной компоновки при следующих условиях: бурение турбинное; диаметр долота – 151 мм; нагрузка на долото – 160 кН (0,16 МН).
Р е ш е н и е. 1. По табл. 5.23 находим, что для бурения долотом 151 мм необходимо взять две секции УБТ с диаметром 121 мм и 108 мм.
2. Длину жесткой наддолотной части выбираем по табл. на стр 121. Она равна 9,1 м. В качестве жесткой наддолотной части используем турбобур ТС4А-127, т.к. его длина больше 9,1 м (ℓт = 12,7 м; G = 0,0109 МН).
3. Определим длину сжатой секции из УБТ диаметром 121 мм по формуле 5.36.
м.
4. Определим длину растянутой части УБТ диаметром 108 мм:
м.
5. Длина отвесной компоновки
Lобщ = 12,7 + 257+ 64,7 = 334,4 м.