Расчетные формулы для определения напряжения изгиба, воз никающего в колонне труб в искривленных скважинах, вытекают лз выражений (185), (189) и (190). В результате решения их от носительно а получим следующие формулы соответственно для слу чаев, показанных на рис. 60 а, б, в.
|
|
E d * |
4E d * (£>с — d * ) |
(191) |
||
|
|
•2R |
|
Z.2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
E d * ____4E d * [ D c — 0,5 (rfM-f- d *) ] |
(192) |
|||
|
|
2R |
|
1? |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Ed-n___ 4£rfH[Dc |
Z.2 |
— ^h)] |
(193) |
|
|
|
2R |
|
|
||
|
|
|
На рис. 62 представлены зависи |
|||
|
|
|
мость |
изменения напряжения |
изгиба |
|
|
|
|
219-мм труб от радиуса искривления |
|||
|
|
|
ствола. |
|
|
|
|
|
|
Из рис. 62 следует, что возникаю |
|||
|
|
|
щее в трубах напряжение изгиба а |
|||
|
|
|
существенно зависит от длины труб или |
|||
|
|
|
Рис. 62. Зависимости напряжения изгиба обсадных |
|||
|
|
|
труб от радиуса искривления и диаметра |
скважины |
||
1 / 7 |
|
|
|
при различных длинах труб: |
|
|
ЧП |
80 |
/ — а(р) |
без учета |
L и Dc\ 2 — o(R) при |
L « 20 м; |
|
Радиус искрибления стВ ала 8, м |
3 — o(R) |
при /. = 10 |
м; а — £>с =320 мм; 6 — />с= 295 мм |
|||
интервала максимальной кривизны скважины и ее диаметра. На пример, при Dc= 320 мм и R = 60 м возникающее напряжение изгиба в 219-мм трубах длиной 10 и 20 м составит соответственно 1950 и 3350 кгс/см2, а при диаметре скважины в 295 мм — соответ ственно 2400 и 3500 кгс/см2. Если же длина труб будет более 40 м, то возникающее в них напряжение изгиба составит 3800 кгс/см2.
Уточненные расчетные формулы справедливы для интервалов ствола скважины, расположенных на близком расстоянии от за боя, когда абсолютная величина растягивающих нагрузок отно сительно мала и их действием можно пренебречь. Для учета рас тягивающих нагрузок в полученных формулах величина сгт должна быть заменена разностью (ат — ар), где ар — напряжение растя
жения в кгс/см2; |
% |
Р |
|
Р — максимальная растягивающая |
нагрузка, действующая на ко |
лонну в точке изгиба ствола, в кге; |
F i — площадь поперечного се |
чения трубы в см2. |
|
Определение величины максимальной растягивающей нагрузки Р приведено в работе [11].
176
Угол закручивания комбинированной бурильной колонны от действия реактивного момента турбобура
При турбинном бурении скважин колонна бурильных труб вос принимает реактивный вращающий момент, равный по величине активному моменту, развиваемому на валу турбобура. В резуль тате действия этого момента бурильная колонна подвергается за кручиванию в направлении, обратном вращению часовой стрелки. При бурении с отклонителем вследствие закручивания колонны бурильных труб под действием реактивного момента турбобура плоскость симметрии отклонителя проворачивается на некоторый угол. Поэтому точность установки отклонителя во многом зависит от правильного учета угла закручивания бурильной колонны.
Ввиду того что реактивный момент турбобура зависит от ха рактеристики его турбин, параметров режима бурения и характе ристики проходимых пород, то и угол закручивания бурильной ко лонны будет изменяться с изменением этих факторов. Определе нию угла закручивания бурильной колонны посвящен ряд работ [11, 17, 28, 71, 76]. Однако во всех работах рассматривается част ный случаи, когда бурильная колонна по всей длине состоит из труб одинаковых диаметра и толщины стенок, а также не учи тывается наличие УБТ над турбобуром.
Если бурильная колонна состоит из труб различных диаметра, толщины стенок и материала, то общий угол закручивания ее от действия реактивного момента турбобура может быть представ лен в виде
'Р = с? 1 + с? 2 + • • • + ? л . |
(194) |
Индексы обозначают номера комплектов бурильных труб начи ная снизу вверх (от турбобура).
Угол закручивания отдельных участков бурильной колонны с учетом момента трения о стенки скважины определяют из урав нения
(195)
где G — модуль поперечной упругости материала труб в кгс/см2; /о — полярный момент инерции сечения труб в см4.
Для первого, нижнего участка реактивный момент вначале будет равен активному моменту М, развиваемому па валу турбо бура. Учитывая, что момент трения по длине бурильной колонны увеличивается по прямой липни [71], можно отметить, что сниже ние реактивного момента по длине бурильной колонны происхо дит по зависимости
(196)
12 Заказ № 117 |
177 |
где уИт,— момент трения труб первого участка в кгс/см; U— длина труб первого участка в см.
Тогда угол закручивания бурильных труб первого участка бу
дет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(197) |
Величину момента трения первого участка |
бурильных |
труб |
|||||
определяют по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
7ИТ, — F l^ i — (F o , + I a Q i ) И , |
|
|
|
|||
где |
Fi — сила сопротивления |
вращению |
первого |
участка колонны |
|||
труб |
в кгс; п — наружный |
радиус |
труб |
первого |
участка |
в см; |
|
F о,— сила сопротивления вращению |
труб первого |
участка, |
не за |
||||
висящая от нормальной нагрузки, в кгс; р,— коэффициент сопро тивления вращению труб первого участка; Qi — нормальная со ставляющая веса труб первого участка в кг. Принимая yW0i =
= Foi • ri, получаем
Мъ =Л 40, + |х 1г1^,/1sin а ,,
где qi — вес 1 см труб первого участка в кг; ор — средний угол искривления участка скважины, где находится первый комплект бурильной колонны, определяемый по выражению
“(Ч + “/к
2
здесь а ,н и ап, — углы искривления в начале и конце рассматри ваемого интервала скважины.
Реактивный момент в начале второго участка бурильных труб будет (М — AfT ), а его уменьшение по длине этого участка прои
зойдет по зависимости
(198)
Тогда угол закручивания второго участка бурильных труб
(199)
Момент трения для второго участка бурильных труб
ТИТг=Л'102 -f- [х2г2<7г4sin а2.
Аналогично для п-го участка угол закручивания
(2 0 0 )
178
Момент трения для п участка бурильных труб
М1п— Mq^ [ nQп^пsin ап*
Подставив значения cpi, срг, . . tpn в выражение для cpi, окон чательно получим следующую формулу для определения угла за кручивания комбинированной бурильной колонны
h |
м - ;2= i |
МтI- 1 |
|
(201) |
Gi^O |
2 |
В определенных условиях, в зависимости от характеристик тур бин, бурильной колонны и ствола скважины, реактивный момент может влиять не на всю длину бурильной колонны, а на опре деленную ее часть. Определение критической длины бурильной ко лонны, на которую распространяется влияние реактивного мо мента, производят исходя из условия
|
|
|
|
i — п |
|
|
|
|
|
|
М = 2 AfTj = |
2 |
( ^ |
- - |
b l V - |
i ^ |
s i n a , ) . |
||
|
|
|
|
i —1 |
|
|
|
|
|
Если M ^ M Tl, то |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
M |
- |
M |
0l |
|
|
|
|
|
к |
H-ir \Я\ sin a i |
|
|
|||
Если MTl < |
М ^ |
МТ1+ М Т, , |
то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М — М |
- М 0 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Tl, |
°г . |
|
|
|
<М |
|
|
lJ.2C2?2Sin а2 |
|
|
||
/ = |
/I — 1 |
i — п |
|
|
|
|
|
||
Если 2 |
2 |
-Мх. , то |
|
|
|||||
( = i |
‘ |
г = 1 |
‘ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
i = |
п — 1 |
|
|
|
= Л — 1 |
I I |
М — М о ,_1— 2 |
|
||||
|
|
V |
_____________ i= I |
||||||
|
|
-Н , |
1_Г |
|
|
V-пГпЧа Sin а„ |
|||
(202)
(203)
(204)
(205)
Определив L„, сопоставляют ее с искривленным интервалом скважины и выясняют количество комплектов бурильных труб, которые подвергаются закручиванию, а затем определяют общий угол закручивания бурильной колонны.
В табл. 20 приведены значения угла закручивания для различ ных компоновок бурильной колонны. При расчетах принято, что длина бурильной колонны 1600 м, длина вертикального участка 200 м, средний угол искривления ствола 10°, вращающий момент
на валу турбобура 120 кгс • м, коэффициент трения (.1=0,25, |
модуль |
поперечной упругости G = 8,5-105 кгс/см2, Мо= 3 кгс • м |
для бу |
рильных труб и 5 кгс • м для УБТ. |
|
12* |
179 |