в процессе бурения в значительно большей степени будут предот вращать прогиб турбобура (от совместного действия осевой на грузки и нормальной составляющей собственного веса), наиболь шее значение которого приходится на его середину.
Формула (177) позволяет через величину прогиба у учитывать многообразие применяемых в настоящее время типоразмеров тур бобуров. При выборе величины у следует исходить из условия, что изгиб турбобура находится в пределах упругих деформаций.
Ю. С. Васильев, Н. Б. Сивохина и А. С. Бронзов [14] указы вают, что проходимость забойных двигателей по искривленному стволу должна быть определена из условий отсутствия остаточ ных деформаций после их прохождения по искривленному участку и ограничения дополнительного усилия от деформации забойного двигателя. Эти требования сохраняются и при использовании ста билизаторов кривизны.
Для наглядной иллюстрации в табл. 18 приведены расчетные величины допустимого приращения угла искривления для раз личных компоновок долота и турбобура в зависимости от приме нения стабилизатора, места его установки и наличия прогиба тур бобура при деформации изгиба сги=1000 кгс/см2.
|
Турбобур |
|
долота, мм |
шифр |
|
Диаметр |
|
295 |
Т12МЗ-10"1 |
269 |
Т12МЗ-9"1 |
243 |
Т!2МЗ-8"1 |
214 |
T12M3-7V2" |
190 |
Т12М1-65/8" |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 18 |
||
|
Диаметр стаби |
Турбобур со стабили |
Турбобур без |
||||||
|
лизатора в мм |
||||||||
|
|
при |
|
затором |
|
|
стабилизатора |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
мм |
|
|
без прогиба |
I S |
|
прогибабез |
прогибомс при |
кгс1000/см |
|
|
|
|
|
«- t- |
|
||||
|
|
|
|
Xj |
oj? |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 1 ^ |
|
|
|
||
|
|
|
о |
ю |
ц ° |
ю |
|
|
|
|
|
Н |
о |
Q.II |
°" |
|
|
ои= |
|
|
диаметр, |
Л |
ji |
ji |
= lLn |
|
|
|||
JI |
|
Дад в градус-мин при k = 0 |
|||||||
|
о |
ю |
|
|
U t> |
*x» |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
255 |
279 |
275 |
0 -56 1-07 |
1-40 |
1-37 |
2-09 |
|||
240 |
257 |
254 |
0 -40 0-49 |
1-57 |
1-10 |
2-17 |
|||
215 |
232 |
229 |
0 -29 0-47 |
2 -13 1-08 |
2-31 |
||||
190 |
206 |
204 |
0 -2 7 |
0 -3 4 |
2—37 |
0 -49 |
2 -48 |
||
170 |
182 |
180 |
0 -32 |
0-39 |
2-58 |
0 -57 |
3-12 |
||
Из табл. 18 можно сделать следующие выводы.
1.При прочих равных условиях использование стабилизатора приводит к уменьшению допустимой интенсивности искривления ствола.
2.Величина Дад имеет наибольшее значение, когда стабилиза тор установлен в середине участка, расположенного от долота до точки касания корпуса турбобура с нижней стенкой скважины. Приближение места установки стабилизатора к долоту уменьшает
величину Дад.
3.В случае сохранения прямолинейности системы долотозабой ный двигатель, т. е. при отсутствии прогиба, с уменьшением диа метров скважины и турбобура вследствие уменьшения просвета между ними величина Дад снижается.
4.Прогиб турбобура приводит к росту величины Дад. При оди наковой величине деформации изгиба с уменьшением диаметра турбобура и переходом к бурению скважин уменьшенного диа метра величина Дад увеличивается (при этом превалирующую роль играет не снижение просвета между стенкой скважины и тур бобуром, а гибкость последнего, т. е. величина прогиба).
Допустимая интенсивность искривления ствола, обеспечивающая нормальную эксплуатацию бурильных
иобсадных труб
Впроцессе бурения наклонных скважин колонна бурильных или обсадных труб, помимо напряжений, возникающих при буре нии вертикальных скважин, испытывает также напряжение из гиба в результате искривления ствола. От правильного определе ния допустимой интенсивности искривления ствола и напряжения изгиба в бурильных или обсадных трубах зависит обеспечение условий нормальной их эксплуатации и скорости проходки наклон ных скважин.
Для определения допустимого радиуса искривления ствола, при котором напряжение изгиба в бурильных и обсадных трубах
не превышает предела текучести, обычно пользуются |
формулой |
« = - § £ - . |
(179) |
где da — наружный диаметр трубы в см.
Для определения напряжения изгиба в бурильных или обсад ных трубах вследствие искривленности ствола скважины рекомен
дуется использовать формулу, вытекающую из выражения |
(179) |
а= 1 Я Г - |
(180) |
Однако формулы (179) и (180) справедливы не для всех слу чаев, которые могут встречаться на практике проходки наклонных скважин. Выше было показано, что выражение (179) характери зует радиус кривизны балки (трубы) р, причем R = р. Так как в случае бурения с применением УБТ, СУБТ и УБТС они имеют ограниченную длину, допустимый радиус искривления ствола к напряжение изгиба в них зависят кроме материала и их наруж ного диаметра от диаметра скважины и длины трубы. Если рас сматриваются условия нормальной эксплуатации бурильных и об садных труб для участков скважин со сравнительно небольшим
172
интервалом максимальной кривизны, то учет диаметра скважины и длины интервала максимального искривления ствола является обязательным.
Выведем расчетные формулы для определения радиуса искрив ления ствола скважины и напряжения изгиба, возникающего в ко лонне труб от искривленности скважины, и выясним область при менения формул (179) и (180).
Анализ промысловых данных показывает, что искривленный участок скважины обычно характеризуется различной интенсив ностью искривления. При этом в интервале, пройденном одним долотом и составляющем обычно 60-г-80 м, лишь небольшой уча сток (порядка 10-ь30 м) характеризуется максимальной интенсив
ностью искривления ствола. |
|
|
||||
На рис. 60 представлена |
|
|
||||
расчетная |
схема различных |
|
|
|||
вариантов |
положения |
ко |
|
|
||
лонны труб в скважине. |
|
|
|
|||
Согласно теореме о сред |
|
|
||||
нем |
пропорциональном |
от |
|
|
||
резке |
радиус |
искривления |
|
|
||
скважины представим в виде |
|
|
||||
|
R ^ - |
Ц |
(181) |
Рнс. 60. Расчетная схема определения допускае |
||
|
|
|
|
|
мого радиуса искривления ствола |
|
где L — длина |
колонны труб |
на рассматриваемом участке |
в см; |
|||
F — стрела дуги, представляющая нижнюю стенку скважины, |
в см. |
|||||
Согласно рис. 60, а имеем |
|
|
||||
|
|
|
|
F — D c— dH-\-f, |
(182) |
|
где / — стрела прогиба колонны труб в см. |
|
|||||
Выше было показано, что при чистом изгибе |
|
|||||
|
|
|
|
/ = |
о/.2 |
(183) |
|
|
|
|
4£rfH |
||
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F = D c- d l l + ^ - . |
(184) |
|
Подставив значение F в выражение (181) и исключив из рас смотрения величину F 2, так как она по сравнению с L2 весьма мала, окончательно получим следующую расчетную формулу для определения допустимого радиуса искривления ствола скважины
R |
_______ 1_______ |
(185) |
|||
2от |
8 |
(Dc rfH) |
|||
|
|
||||
|
Eda ^ |
|
LP- |
|
|
173
Формула (185) для определения радиуса искривления ствола R может быть выражена через радиус кривизны колонны труб р в виде
R |
_______р______ |
(186) |
|
|
, 8р (Д - — rf„) |
||
|
1 |
Д2 |
|
По мере увеличения длины труб (УБТ, УБТС) |
или интервала |
||
максимального искривления ствола £ второй член знаменателя вы ражения (185) будет интенсивно уменьшаться и после определен
|
|
ных |
значений L его величина, |
||||||
|
|
по |
сравнению |
с |
первым чле |
||||
|
|
ном, окажется незначительной и |
|||||||
|
|
существенного влияния на значе |
|||||||
|
|
ния радиуса искривления сква |
|||||||
|
|
жины не окажет. При этом значе |
|||||||
|
|
ние R, по мере увеличения L, |
|||||||
|
|
возрастая, будет стремиться к |
|||||||
|
|
величине |
радиуса |
кривизны |
|||||
|
|
труб р определяемой из выраже |
|||||||
|
|
ния |
(179). |
|
|
|
|
||
|
|
Следовательно, разность между |
|||||||
|
|
диаметрами скважины и колонны |
|||||||
Рнс. 61. Зависимости минимального радиу |
труб |
будет сказываться до опре |
|||||||
са искривления ствола от длины труб и |
деленных значений L. |
|
|||||||
диаметра скважины: |
|
Сказанное наглядно видно из |
|||||||
a — rfu= 2l9 мм; б — rfH= 168 |
мм |
||||||||
рис. 61, где представлены зави |
|||||||||
|
|
||||||||
|
|
симости R(L) для труб диаметром |
|||||||
диаметрах скважины и |
от = 5000 |
219 |
и |
168 |
мм |
при |
различных |
||
кгс/см2 |
и |
£' = 2,1- |
106 |
кгс/см2. |
|||||
Из рис. 61 следует, что если минимальный радиус кривизны 219- и 168-мм труб р не зависит от их длины и составляет соответст венно 46,0 и 35,3 м, то минимальный радиус искривления скважины R до определенных значений L (примерно 30 = 40 м) помимо диа метра и материала труб зависит также от их длины и диаметра скважины. При этом величина радиуса искривления скважины су
щественно |
меньше радиуса кривизны |
труб. Так, в случае £>с = |
|
= 320 мм и £ = 10 и 20 м величина R меньше величины р соответ |
|||
ственно в |
1,38 и 1,10 раза (33,4 |
и 41,8 |
м против 46,0 м). В случае |
£ > 3 0 = 40 м можно принять, что R = р и использовать выражение |
|||
(179). |
|
|
|
Таким |
образом, выражением |
(185) |
и последующими, служа |
щими для учета влияния диаметра скважины на величину ради уса искривления скважины и напряжения изгиба, следует поль зоваться при £ < 3 0 = 4 0 м.
Если колонна состоит из труб с замками или муфтами, то воз никновение наибольших напряжений изгиба возможно в двух ва риантах их расположения в скважине: 1) когда верхняя стенка
174
скважины соприкасается с телом трубы (см. рис. 60, б) и 2) когда оиа соприкасается с замками или муфтами (см. рис. 60, в).
Вывод расчетных формул для этих двух вариантов носит ана логичный характер, что и для случая, когда колонна состоит из
труб без замков (см. |
рис. 60, а), различие заключается лишь в из |
||
менении величины F. |
|
|
|
Для этих случаев |
(см. рис. 60, б, в) |
имеем |
|
F ' = D c- 0 ,5 ( d M+ |
dH) + ^ - - , |
(187) |
|
F ' = D c- 0 ,5 ( 3 r f „ - d H) + - | g - , |
(188) |
||
где d u — диаметр муфты или замка трубы в см.
Тогда расчетные формулы для определения допустимого ради уса искривления ствола, при котором напряжение изгиба в теле трубы, имеющей замки или муфты, не превышает предела теку чести, примут вид
2°т |
8 [£>c-0,5(rfM+ rf„)] ’ |
(189) |
|
||
E d n ^ |
LP- |
|
2°т |
8 [£>с — 0,5 (3с1ы — (/„)] |
(190) |
|
||
Ес1а |
П'- |
|
Из трех рассмотренных вариантов расположения колонны труб в скважине, которые могут встречаться на практике, наименьшее искривление ствола при третьем варианте. Это наглядно видно из табл. 19, где представлены значения R, R' и R" для 219- и 168-мм обсадных труб с L = 10 м.
|
|
|
|
|
Таблица 19 |
||
Наружный |
Диаметр |
Радиус искривления ствола, м |
Отношение, |
% |
|||
|
|
|
|
|
|||
диаметр |
скважины, |
|
|
|
|
|
|
труб, мм |
мм |
R |
R ’ |
R" |
R ’ : R |
R" : R |
|
|
|
||||||
219 |
320 |
33,4 |
34,5 |
36,9 |
103,4 |
110,5 |
|
295 |
35,8 |
37,1 |
39,9 |
103,5 |
111,5 |
||
|
|||||||
168 |
295 |
26,1 |
26,6 |
27,8 |
102,0 |
106,1 |
|
269 |
2^,8 |
28,2 |
29,5 |
101,4 |
106,2 |
||
Если длина УБТ, УБТС или участка с максимальными искрив лениями L превышает 30-^-40 м, то при этом разность между диа метрами скважины и труб, длина искривленного участка и нали чие муфт или замков существенно на величину радиуса искривле ния ствола не влияют и она может быть определена по формуле
(179).
175