действия реакции стенки ствола и нормальной составляющей веса турбобура или только действия последней для случая касания тур бобура со стенкой скважины без давления. Подставив значения hi и Аг в уравнение (156), получим
R = |
|
|
|
0,251? |
(157) |
|
Dc — 0,250 — 0,75rfT — k + у + |
||||||
|
|
|||||
|
+ 0,71 У (Ос - |
dr - |
k + |
у) [2D c - D - d T - 2 ( k - y ) ] |
|
|
Расчеты |
показывают, |
что |
значение а2 изменяется примерно |
|||
в пределах |
(0,41 -г-0,46) LT. Поэтому прогиб турбобура у можно за |
|||||
менить через стрелу прогиба f |
(погрешность не превышает 2-^3%). |
|||||
Для практических расчетов по определению |
|
|||||
R формула |
(157) может |
быть |
приведена |
|
||
в упрощенный вид, точность которой вполне |
|
|||||
достаточна |
|
|
|
|
|
|
К — l,03Z>c — 0,30£> — 0,73d T — k + f |
(158) |
|
||||
Рнс. 54. Изменение допускаемого приращения искривления ствола на 10 м проходка в зависимости от угла искривле ния скважины:
/ — 295*мм долото, турбобур ТСЗ-10"; 2 — 214-мм долото, тур бобур ТС4-65/в"; а — Dc = £); б — Dc — D= 42 мм
Значение допустимого приращения искривления ствола на 10 м проходки определяют из выражения
Дад= 4 584 |
1,03РС- |
0.30Д — 0,73tfT — k + f |
(159) |
|
2 |
||
|
|
L т |
|
Выведенные формулы (158) и (159) для определения соответ ственно минимального радиуса и допустимого приращения искрив ления ствола в отличие от известных формул учитывают геомет рические размеры системы долото—турбобур, ее состояние и диа метр скважины.
На рис. 54 представлено изменение Дссд от угла искривления скважины при зазоре k = 5 мм для двух компоновок: турбобур ТСЗ-10" с долотом диаметром 295 мм и турбобура ТС4-65/в" с до лотом диаметром 214 мм. Прогиб турбобура принят только от соб ственного веса системы. Разность между диаметрами долота и турбобура для этих двух компоновок примерно одинаковая. Од нако вследствие меньшей жесткости турбобура ТС4-65/в" величина допустимого приращения искривления ствола для него значительно больше, чем при применении турбобура ТСЗ-10". С ростом угла искривления скважины разница между Дад для указанных двух компоновок увеличивается. Так, если на участке первоначального искривления ствола указанные две компоновки свободно, без ка сания турбобура со стенкой (к = 5 мм) могут быть спущены
11 З а к а з № 117 |
161 |
в |
скважину в |
случае |
De = D при приращении угла |
искривления |
0° |
32', то при |
ао = 20° |
это условие будет соблюдено |
для первой |
компоновки при Дад = 0°56/, а для второй — при Дад= 1 °2 0 '. Если же ао = 40°, то это условие будет соблюдено при Дад, равном со ответственно Г 15' и 1058'.
Уширение ствола по сравнению с диаметром долота также при водит к увеличению допустимого приращения искривления ствола
(см. рис. 54).
Практика бурения наклонных скважин турбобурами умень шенных диаметров подтверждает необходимость учета их жест кости при искривлении ствола: На площадях Артем-море и банка Дарвина пробурены десятки скважин, в которых приращение ис кривления ствола на 10 м проходки достигли 4-т-5° и применение секционного турбобура TC4-65/s" с 214 и 190-мм долотами не при вело к заметным затяжкам или посадкам колонны. Все эти сква жины были успешно доведены до проектных глубин, освоены и до настоящего времени находятся в фонде действующих скважин (ряд таких скважин пробурили еще в 1959— 1960 гг.). Это подтвержда ется также опытом бурения наклонных скважин уменьшенных диаметров НГДУ Ишимбайнефть [53].
В случае принудительного пропуска турбобура через искрив ленный ствол для определения минимального радиуса искривления ствола при возникновении в корпусе турбобура напряжения изгиба в пределах упругих деформаций, а также при определении напря жения изгиба в турбобуре, возникающего от искривления сква жины, обычно пользуются формулами
EdT |
|
(160) |
|
2ат |
’ |
||
|
|||
EdT |
|
(161) |
|
2р |
' |
||
|
Однако эти выражения характеризуют состояние балки, и ве личина р представляет собой радиус кривизны балки (турбобура). Поскольку они не учитывают такие технологические факторы, как
диаметр скважины Dc и долота D, |
длина системы турбобур — до |
||
лото L T, то нельзя приравнять |
радиус |
искривления ствола к ра |
|
диусу кривизны турбобура (/? = |
р), |
так |
как это обусловит необос |
нованно жесткие требования к искривлению скважин и значи тельно сузит область применения забойных двигателей в искрив ленных стволах.
Значение Дты определяют из выведенной формулы (158), если в нее подставить величину f при напряжении в теле корпуса тур бобура, равном пределу текучести, т. е.
где с — коэффициент, зависящий от нагрузки, вызывающей изгиб
162
турбобура, при прогибе турбобура от реакции стенки ствола с = |
6; |
от собственного веса с = 4,8; в случае чистого изгиба турбобура |
от |
изгибающих моментов с = 4. |
|
Ввиду того что при одинаковом прогибе наименьшее напряже ние изгиба в турбобуре возникает при чистом изгибе, в дальней шем будем рассматривать этот случай (с = 4). Тогда
П |
0,1251? |
^mln |
|
1,03Dc - |
0,30,0 - 0,73rfT - k + - 7 ^ |
|
4Ed-, |
При принудительном пропуске турбобура через искривленный ствол принимают k = 0.
Рис. 55. Зависимость радиуса искривления ствола
от диаметров скважины и долота |
при |
различных |
|
|
длинах турбобура: |
|
|
/ — 190-мм |
долото; 2 — 214-мм долото; |
а — турбо |
|
бур |
Т12МЗ-65/#"; б — турбобур |
ТС4-6*/а" |
|
Минимальный радиус искривления ствола может быть выра
жен через радиус кривизны |
турбобура р в следующем |
виде: |
||
|
|
1} |
|
(163) |
Я т1п = ----------------------- 1---------- j r - |
||||
8,240с— 2,400 - |
5,84rfT - 8k |
— — |
|
|
или |
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
(164) |
где Ro — радиус искривления |
ствола |
при отсутствии прогиба тур |
||
бобура. |
|
|
|
|
Максимальное допустимое приращение искривления |
|
|||
1,ОЗОс — 0,300 — 0,73dT— k |
°т |
(165) |
||
^ад шах— 4584 |
Lт2 |
|
4EdT |
|
Первый член выражения |
(165), в скобках, |
характеризует долю |
||
допустимого приращения искривления в’ случае свободного про хождения турбобура по скважине, а второй член — дополнитель ную долю в результате возникновения напряжения изгиба в кор пусе турбобура.
На рис. 55 приведены зависимости радиуса искривления ствола от диаметров скважины и долота, а также длины турбобура при ат = 32 кге/мм2.
11* |
163 |
Из рис. 55 следует, что если радиус кривизны 65/в" турбобура независимо от его длины и диаметров скважины и долота вели чина постоянная и равная 53,1 м, то радиус искривления скважины снижается с увеличением ее диаметра и уменьшением длины тур бобура и диаметра долота. Так, если двухсекционный турбобур TC4A-65/s" с 190-мм долотом спускается по стволу с диаметрами 190, 214, 243, 269, 295 и 346 мм, то напряжение изгиба в теле тур бобура достигает предела текучести, если радиусы искривления составят соответственно 52,0; 49,5; 47,0; 45; 43 и 40 м, т. е. соот ветственно на 2,1; 6,8; 11,5; 15,2; 19,0 и 24,7% меньше радиуса кривизны турбобура. Если же указанное долото спускают с од-
Рис. 56. Зависимость напряжения изгиба турбобура от диаметров скважины и долота при различных дли нах турбобура;
/-190-м м долото; |
2 — 214-мм долото; я — турбобур |
T12M3-6s/e"; |
б — турбобур TC4-6V*" |
посекционным турбобуром Т^М ЗЕ-б5^ , то отмеченное условие бу дет иметь место, если радиусы искривления ствола меньше ради уса кривизны турбобура соответственно на 7,8; 17,8; 27,7; 35,0; 40,6 и 49,5%.
Формула для определения напряжения изгиба в корпусе турбо бура имеет вид
£ d T |
4£rfT (1,03DC- 0,300 - |
0,73tfT - A) |
(166) |
0 |
L 2 |
|
|
|
*-T |
|
|
На рис. 56 представлены зависимости напряжения изгиба тур бобуров Т12М1-65/8" и ТС4А-65/8" о т диаметров скважины и до лота при радиусе искривления ствола Л?=114 мм, которому соот ветствует приращение искривления скважины 5° на 10 м проходки. Если исходить из выражения (160), то напряжение изгиба турбо бура в искривленном стволе не зависит от его длины и диаметров скважины и долота. Однако в действительности, как это показывают линии 1 и 2, изменение указанных факторов приводит к значительному изменению напряжения изгиба турбобура в ис кривленных стволах. Например, при 7?= 114 м напряжение изпгба турбобуров ТС4А-65/в// и Т12М1-6?/в" не одинаково и не равно 1490 кгс/см2, как это вытекает из выражения (160), а составляет соответственно 1398 и 1218 кгс/см2, т. е. меньше на 6,1 и 18,2%. Если же эти турбобуры с 190-мм долотом будут находиться в сква жине с диаметром 214 мм (Dc = 1,13£>), то возникающее в них на
164
пряжение изгиба составит соответственно 1253 и 784 кгс/см2, т. е.
меньше на 15,9 и 47,5%.
В случае, когда указанные турбобуры используются с 214-мм долотом, то возникающие в них напряжения изгиба составляют при DC= D соответственно 1297 и 915 кгс/см2, т. е. меньше на 12,9 и 38,6%- Если же эти компоновки будут находиться в сква жине с диаметром 243 мм (£>с = 1.13D), то напряжения изгиба со ставят'соответственно 1114 и 370 кгс/см2, т. е. на 25,2 и 75,1% меньше.
При определенных сочетаниях компоновки низа бурильной ко лонны, радиуса искривления и диаметра скважины возможно от сутствие напряжения изгиба в турбобурах. Так, например, при
радиусе |
искривления |
ствола |
R = |
|
|
|
|
= 114 м напряжение изгиба в тур |
|
|
|
||||
бобуре Т ^М П б5^ 7 с |
190 и 214-мм |
|
|
|
|||
долотом |
при диаметрах скважины |
|
|
|
|||
соответственно 257 и 263 мм отсут |
|
|
|
||||
ствует. |
|
|
|
|
|
|
|
Диаметры скважины и долота и |
|
|
|
||||
длина турбобура существенно влия |
|
|
|
||||
ют на величины |
минимально |
допу |
Рис. 57. |
Расчетная схема для опреде |
|||
стимого |
радиуса |
искривления |
сква |
ления |
дополнительного |
усилия для |
|
подъема |
турбобура из |
искривленного |
|||||
жины и напряжения |
изгиба турбо |
|
ствола |
|
|||
бура от искривленности ствола. Учет этих факторов позволяет значительно расширить область при
менения существующих турбобуров без улучшения качества используемых сталей для их изготовления, т. е. эти турбобуры можно применять в скважинах, с радиусом искривления ствола значительно меньшим, чем допустимые радиусы их кривизны.
Определим дополнительную силу, необходимую для подъема турбобура из искривленного участка ствола. Очевидно, что это будет иметь место, когда корпус турбобура касается верхней и нижней стенок скважины. Верхнюю стенку скважины можно рас сматривать как жесткое лекало, контур которого представляет со
бой степенную кривую второго порядка [12]. Под действием |
реак |
||||
ций в точках А и |
В |
(рис. 57) турбобур плотно прилегает |
на не |
||
котором |
участке ав |
к лекалу, не вдавливаясь в него. |
На |
этом |
|
участке |
турбобур |
будет подвергаться чистому .изгибу |
моментом |
||
|
|
|
М = Р АЦ = Р ви , |
|
(167) |
где Рл — сила реакции нижней стенки скважины в точке А в кгс; Рв — сила реакции нижней стенки скважины в точке В в кгс; Li — расстояние от точки а до торца долота в м; расстояние ме жду точками b и В в м.
Если исходить из условия, что изгиб турбобура может быть допущен только в пределах упругих деформаций, то минимальный радиус кривизны р определится из формулы (160).