Методика проектирования бурильной колонны (с приведением основных расчетных формул на прочность).
Дисциплина «Технология бурения».
Конструктивные отличия бурильных труб типа НК, П и Д16Т.
Для повышения прочности труб в резьбовых соединениях разработаны трубы НК с высадкой на их концах внутрь и наружу. На рисунке показаны конструктивные особенности трубы ВК. Мелкая трубная и замковая резьбы трапецеидальные типа ТТ с углом профиля в 300; резьбы удлинены по сравнению с резьбами труб 1,2 типа, конический поясок 2 снимает часть нагрузки с резьбового соединения и уплотняет его; упор 4 предотвращает довинчивание резьбы 5. Такое резьбовое соединение, хотя и упрочненное, остается слабым звеном в трубе.
Трубы бурильные с приваренными замками (ТБПВ). У таких труб отсутствует мелкая трубная резьба. На концах труб делается наружное утолщение под сварку. На одном конце замка имеется замковая резьба, а на другом – толстостенный хвостовик под сварку с трубной заготовкой. Сварка производится соосно для указанных деталей труб электроконтактным способом или трением. Длина труб П в среднем составляет 12,3 и 12,7 м с допуском до 0,9 м.
Д16 Т –легко сплавные бурильные трубы, их конструкция идентична трубам типа В т.е. на наружных концах труб на высадке (внутрь) нарезается мелкая резьба треугольного профиля с углом при вершине витка 600 ,затем смазав соединение эбоксидной смолой наворачивается облегченный замок из легированной стали. Присоединение осуществляют с его нагревом при одновременном охлаждении тела трубы. В зоне работы клинового захвата трубы имеют не большое утолщение. В основу сплава Д16, в основу которого входит алюминий с добавками меди, магния и марганца. Плотность сплава Д16 составляет 2780кг/м3.
|
|
Конструкция трубы ТБВК
1 - тело трубы с высадкой;
2 - конический уплотнительный поясок;
3 - муфта замка;
4 - упор замка в торец трубы;
5 -мелкая трубная резьба;
6 - высадка трубы внутрь.
Напряжения, возникающие в бурильной колонне; привести общие формулы. Конструктивные особенности труб ЛБТВК, В и ВН.
Различные усилия действующие на бурильную колонну обуславливают соответствующие напряжения в трубах .
1 сжимающие и растягивающие напряжения рассчитывают:
;
где: SQj - суммарные усилия, действующие в рассматриваемом сечении трубы с площадью FT при расчете сжимающих напряжений ставят знак минус.
КД – коэф. динамичности, учитывающий увеличение sр.- при резком подъеме колонны или ее подаче в скважину.
Сумму SQj при расчете растягивающих напряжений, определяют следующие усилия:
где GД,GЗД,,GУ,GСТ.Т,GЛ – вес, долота забойного двигателя, УБТ, стальных труб, ЛБТ GГ- гидравлическая осевая нагрузка внутри колонны, действующая на вал зД. При подъеме колонны с включенными буровыми насосами. GТР- сила трения колонны о стенки скважины при движении колонны. GJ- вес других элементов колонны.
|
|
Статические касательные напряжения определяем:
где: МКР- суммарный крутящий момент. Приложенный в сечении трубы
МД- момент возникающий при работе долота по разрушению пород.
Мх- крутящий момент на вращение колонны в скважине. D Мi – момент на вращение маховика, калибраторов и др.WКР- момент сопр. кручению трубы Переменные величины можно принять как:
Изгибающие статические и переменные напряжения в бурильных трубах в общем виде:
где: Wи- момент сопротивления трубы на изгиб; Ми-статический изгибающий момент определяется:
где, Ru- постоянный радиус искривления Jo- осевой момент инерции сечения трубы
Переменный МИ рассчитывается:
ri- переменный радиус искривления тр.
Проведя соответствующие преобразования получаем формулу для результирующего изгибающего напряжения:
Конструктивные особенности труб ЛБТВК, В и Н.
Трубы типа "В" и "Н" выпускаются длиной 6,8 и 11,5; при этом короткие трубы соединяются муфтой. Толщина стенок труб (dт) составляет 7-11 мм. На наружных концах труб на утолщенной части (высадке) нарезается трубная мелкая резьба треугольного профиля с углом при вершине витка 600 Наиболее часто повреждения у этих труб случаются в резьбовом соединении трубы с замком. При вращении колонны происходит доворачивание замка на тело трубы, что создает дополнительные напряжения в трубе.
|
|
Для облегчения колонны разработано несколько конструкций ЛБТ, трубы ЛБТВК имеют такую же конструкцию, как трубы ВК, т.е. мелкая трубная и замковая резьбы трапецеидальные типа ТТ с углом профиля в 300; резьбы удлинены по сравнению с резьбами труб 1,2 типа, конический поясок снимает часть нагрузки с резьбового соединения и уплотняет его; упор предотвращает довинчивание резьбы. Такое резьбовое соединение, хотя и упрочненное, остается слабым звеном в трубе.
Методика проектирования бурильной колонны (с приведением основных расчетных формул на прочность).
Определяют наружный диаметр колонны из условий возможных минимумов потерь напора в гидравлическом тракте скважины и гидроудара в её затрубном пространстве при СПО.
Выбирается тип бурильных труб. При этом предусматривается снижение веса труб и их механического износа в процессе эксплуатации, эффективное проведение всех технологических операций по углублению скважины и по ликвидации осложнений и аварий с бурильным инструментом.
|
|
Определяют число секций бурильной колонны и место размещения в колонне секций с разными диаметральными размерами и свойствами труб для достижения возможных в конкретных условиях проходки на долото и мех. скорости проходки путем управления динамической работой колонны в скважине.
Далее обосновывают целесообразность и необходимость включения в нижнюю часть колонны различных элементов (амортизаторов, специальных переводников, разделителей, центраторов и др) позволяющих успешно управлять динамикой всего бурильного инструмента, процессом углубления скважины, а также траекторией оси скважины согласно заданному профилю.
Рассчитывают длины секций или участков колонны, а при необходимости и других ее элементов. Выбирают методику расчета бурильной колонны на прочность и устойчивость, обосновывают необходимость определенного вида расчета колонны на прочность и производят расчеты.
Определяем растягивающие напряжения в верхнем сечении колонны (из труб ПК и Д16 Т) при наиболее тяжелых условиях ее работы, когда она поднимается из искривленной скважины с относительно большой скоростью при циркуляции жидкости в скважине (буровые насосы включены):
где Кдк=1,3 - коэффициент динамичности при резком подъеме или спуске колонны;
Fтл - площадь поперечного сечения тела ЛБТ, м2; Fтл =0,785×(d2нл - d2вл);
d2нл, d2нл - наружный и внутренний диаметры ЛБТ (Д16 Т), м;
qу - вес 1 м УБТ, Н/м;
qл, lл - вес 1м в воздухе и длина ЛБТ, соответственно, Н/м и м; bл - величинаbа для ЛБТ;
Рт, Рд - перепад в турбобуре и долоте, Па;
Gтр - величина сил трения колонны о стенки скважины (силы сопротивления, которые определяются расчетным или опытным путем), Н; Сзд - в Н;Fвн-м2.
После расчета sр проверяют выполнение условия
где sт - предел текучести рассчитываемых на прочность труб (в нашем примере - для ЛБТ), МПа или Па; К = 1,3-1,8, причем коэффициент запаса прочности выбирается в зависимости от условий проводки скважины и типа труб .
Для роторного:
Статические касательные напряжения находят согласно положениям сопромата:
где Мкр - суммарный крутящий момент, приложенный в сечении трубы, который в общем случае равен
Мкр=Мд + Мх + DМi ,
Мд - момент, возникающий при работе долота по разрушению пород;
Мх - крутящий момент на вращение колонны в скважине;
DМi - момент на вращение маховика, калибраторов и др.;
Wкр - момент сопротивления кручению трубы.
Величина Мх определяется через мощность, расходуемую на холостое вращение колонны.
sр – рассчитывается также как при турбинном способе с исключением Рт,Gзд.
После расчета sр проверяют выполнение условия.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 434; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!