Проектирование и обоснование компоновки бурильной колонны и её расчет
Бурильная колонна (БК) состоит ив компоновки низа бурильной колонны (КНБК) и колонны бурильных труб (КБТ).
В общем случае КНБК включает в себя долото, забойный двигатель, калибраторы, центраторы, стабилизаторы, расширители, маховики, отклонители и утяжеленные бурильные трубы (УБТ).
КБТ состоит из секций бурильных труб (БТ), одинаковых по типу, наружному диаметру, толщине стенки, группе прочности (марке) материала, типоразмеру замковых соединений.
Последовательно расположенные секции БТ одного наружного диаметра - ступень КБТ.
Бурильная колонна предназначена в общем случае для:
1. Передачи вращения от ротора к долоту.
2. Восприятия реактивного момента забойного двигателя.
3. Подвода промывочной жидкости к забойному двигателю, долоту, забою скважины.
4. Создания осевой нагрузки на долото.
6. Подъема и спуска долота и забойного двигателя.
6. Проведения вспомогательных работ.
Исходя из назначения, требования к бурильной колонне сводятся к следующим:
1. Достаточная прочность при минимальном весе, обеспечивающем создание требуемой осевой нагрузки.
2. Обеспечение герметичности при циркуляции бурового раствора, причем с минимальными гидравлическими потерями.
3. Минимальные затраты времени при спуско-подъемных операциях, при этом соединения должны обеспечивать прочность не менее прочности тела трубы, быть взаимозаменяемыми.
В процессе бурения на бурильную колонну действуют различные силы и моменты. К ним в общем случае относятся:
|
|
|
растягивающие силы от собственного веса;
растягивающие гидравлические нагрузки за счет перепада давления в забойном двигателе и долоте;
силы внутреннего и наружного давления промывочной жидкости;
силы взаимодействия колонны со стенками скважины (силы трения)
силы инерции как самой колонны, так и промывочной жидкости;
изгибающие моменты на участках естественного и искусственного искривления ствола скважины;
осевая сжимающая сила в нижней части колонны;
крутящий момент при вращении колонны;
изгибающей момент за счет потери колонной прямолинейной формы;
динамические составляющие продольных и поперечных сил, изгибающего и крутящего моментов за счет различного рода колебаний колонны.
Совместное действие всех этих сил и моментов приводит к тому, что бурильная колонна находится в условиях весьма сложного напряженного состояния.
В связи с тем, что при проектировании и расчетах бурильной колонны практически невозможно учесть все нагрузки, а некоторые из них не поддаются точному определению, поэтому рассматриваются только основные, наиболее существенные и опасные. К их числу относятся растягивающие силы, крутящий и изгибающие моменты, наружное и внутреннее избыточные давления промывочной жидкости [11].
|
|
|
Максимальная растягивающая нагрузка в колонне имеет место в верхней части, а сжимающая - в нижней. Максимальный крутящий момент приложен к колонне в верхней части при роторном способа бурения, и в нижней - при бурении с забойными двигателями. Максимальный изгибающий момент за счет потери колонны прямолинейной формы приложен в нижней части.
Однако в связи с тем, что колонна составлена из бурильных труб разного диаметра с разной толщиной стенки, напряжения, возникающие в них, даже при нагрузках меньших, чем максимальные, могут превысить допустимые. Поэтому необходимо проводить расчеты напряжений для опасных сечений и сравнивать их о допустимыми для материала используемых бурильных труб.
В данном случае производится расчет бурильной колонны для бурения последнего пятого интервала (см.2.2.2).
При расчете используется компьютерная программа по расчету бурильной колонны, составленная студентом Шишовым. Программа отвечает требованиям изложенным в [3] и расчеты проводятся с учетом коэффициентов запаса статической прочности - 1,4 и нормативного запаса прочности на избыточное давление - 1,15.
|
|
|
При проектировании компоновки бурильной колонны пользуются следующими типоразмерами труб: так как бурениеведется долотом с диаметром 0,2159 м, то принимается наружный диаметр УБТ первой ступени равный 0,178 м, внутренний диаметр 0,09 м; диаметр УБТ второй ступени, для плавного перехода к колонне бурильных труб, принимается равным 0,146 м с внутренним диаметром 0,074 м. Для первой ступени компановки бурильных труб (КБТ) используются трубы ТБПВ, так как они наиболее подходят для бурения турбинным способом и конкретно для наклонно направленных скважин. По табл.2 [11] выбираются трубы ТБПВ снаружным диаметром 0,127 м, толщиной стенки 9,2 мм и группой прочности Р, тип замкового соединения ЗП - 168 - 70. Для уменьшения веса КБТ во второй ступени применяются легкосплавные бурильные трубы (ЛБТ) с наружным диаметром 0,147 м (см. табл.2 [11]) с толщиной стенки 11 мм и группой прочности Д16Т, тип замкового соединения ЗЛ - 172.
Исходные данные:
1. Условия бурения - нормальные.
2. Интервал бурения 2775 - 3105 м.
3. Осевая нагрузка на долото - 18000 кг.
4. Диаметр забойного двигателя - 0, 195 м.
5. Длина забойного двигателя - 6,6 м.
6. Вес забойного двигателя - 1100 кг.
7. Диаметр обсадной колонны - 0,146 м.
|
|
|
8. Толщина стенки обсадной колонны - 7,7мм.
9. Плотность бурового раствора - 1,08·104 Н/м3.
10. Длина по стволу 1-го интервала - 100 м.
11. Длина по стволу 2-го интервала - 194 м.
12. Длина по стволу 3-го интервала - 2249 м.
13. Длина по стволу 4-го интервала - 242 м.
14. Радиус искривления на 2-ом интервале - 401 м.
14. Зенитный угол в конце 2-го интервала - 27,75 град. .
14. Радиус искривления на 4-ом интервале - 498 м.
15. Зенитный угол в конце 4-го интервала - 0 град.
16. Перепад давления на турбобуре и долоте - 10,5 МПа.
17. Действующее наружное давление - 30 МПа.
18. Коэффициент трения колонны о породу - 0,3.
19. Тип клинового захвата - ПКР-560.
20. Длина клиньев - 0,40 м.
Результаты расчета:
1-я ступень УБТ - УБТ 178-90 длина - 62,5 м.
Момент затяжки УБТ 1-й секции =2470-3260 кгс·м.
2-я ступень УБТ - УБТ 146-74 длина - 8 м.
Момент затяжки УБТ 2-й секции =1280-1630 кгс·м.
Тип cмазки - Графитовая.
Промежуточные опоры на УБТ - 3 шт.д.иаметром 0, 203 м.
Вес компоновки УБТ - 11235 кг.
Вес КНБК - 11485 кг.
Длина КНБК - 78,5 м.
Тип cмазки - Графитовая.
1-я ступень КБТ - ТБПК 127-9,2-Р длина - 250 м, вес - 8367 кг.
Тип замкового соединения - ЗП-168-70.
Момент затяжки - 3022 кгс·м.
Фактический запас статической прочности - 1,49.
Фактический запас прочности усталости - 1,37.
Фактический запас прочности по давлению - 2,77.
Коэффициент превышения длины - 8,16.
2-я ступень КБТ - ЛБТ 147-11.0-Д16Т длина-2778 м; вес-47224 кг.
Тип замкового соединения - ЗЛ-172.
Момент затяжки - 1880 кгс·м.
Фактический запас статической прочности - 1,38.
Фактический запас прочности усталости - 1,35.
Фактический запас прочности по давлению - 1,84.
Коэффициент превышения длины - 2,13.
Вес КБТ -65976 кг.
Вес БК - 67076 кг.
Для бурения скважины на различных интервалах проектируются следующие компоновки.
Интервал 0 - 100 м (вертикальный):
Долото III СЗГВ 295,3 (ГОСТ 20692-75).
Калибратор 5КС 295,3 (ТУ-26-02-963-83).
А9ГТШ - 240 (ГОСТ 26673-85).
Переводник ПП 147/171 (ГОСТ 7360-82).
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - остальное.
Интервал 100 - 294 м (набор параметров кривизны):
Долото СЗГВ 295,3 (ГОСТ 20692-75).
Калибратор 5КС 295,3 (ТУ-26-02-963-83).
ТО - 240К (ГОСТ 26673-85).
Телесистема "СИБ - 1".
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - остальное.
Интервал 294 - 650 м (стабилизация параметров кривизны):
Долото III СЗГВ 295,3 (ГОСТ 20692-75).
Калибратор 5КС 295,3 (ТУ-26-02-963-83).
А9ГТШ - 240 (ГОСТ 26673-85).
УБТ - 203x90 (ТУ-39-076-74) -24 м.
Переводник ПП 147/171 (ГОСТ 7360-82).
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - остальное.
Интервал 650 - 2550 м (стабилизация параметров кривизны):
Долото III МЗГВ 215,9 или III СГВ 215,9 (ГОСТ 20692-75).
Калибратор 9К 215,9 (ТУ-26-02-963-83).
Стабилизирующая коронка СТК - 214 (ТУ-26-02-852-83).
3ТСШ1 - 195 (ГОСТ 26673-85).
УБТ - 178 x90 (ТУ-39-076-74) -24 м.
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - 250 м.
ТБПВ 127x9 (ГОСТ 23786-79) - 450 м.
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - остальное.
Интервал 2550 - 2785 м (интенсивное снижение зенитного угла до 00):
Долото MF- 15 (код IADC- 433X).
Калибратор 9К 215,9 с номинальным диаметром 0,214 м (ТУ-26-02-963-83).
Д2 - 195 (ГОСТ 26673-85).
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - 250 м.
Переводник ПП 133/147 (ГОСТ 7360-82).
ТБПВ 127x9 (ГОСТ 23786-79) - 450 м.
Переводник ПП 147/133 (ГОСТ 7360-82).
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - остальное.
Отклоняющая компоновка для проведения исправтельных работ при бурении интервала под эксплуатационную колонну.
Долото III МЗГВ 215,9 (ГОСТ 20692-75).
Калибратор 9К 215,9 с номинальным диаметром 0,214 м (ТУ-26-02-963-83).
ТО - 195К (ГОСТ 26673-85).
Телесистема "СИБ - 1".
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - 250 м.
ТБПВ 127x9 (ГОСТ 23786-79) - 450 м.
ЛБТ 147x11 (ГОСТ 23786-79) - остальное.
В каждой компоновке после турбины ставится обратный клапан.
Предложенные компоновки являются типовыми на площади Игольско-Талового месторождения.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 929; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!