Типы трехшарошечных долот, их усл. Обозначения, маркировка и область применения

- класс

- зубчатое вооружение

- штырьевое вооружение

- комбин. вооружение (зуд+штырь)

- группа (ограниченность диапазона твердости)

- М – мягкие породы

- С – средние

- Т – твердые

- К – крупкие

- тип долота (абразивность и твердость г/п)

- М; МЗ; МС; МСЗ; С; СЗ; СТ; Т; ТЗ; ТК; ТКЗ; К; ОК.

- маркировка

- [ диаметр]-[тип породы]-[особ. опоры/промывки]

- применение

- широкое применение ~90%.

 

14-Шарошечные долота, их разновидности, основные узлы и элементы, особенности вооружения

Основные эл-ты:

- лапы, цапфы

- опоры (открытые/герметизированные(У))

- на подшипн. качения(В)/кач-скольж-кач(Н)/???(А)

О- система подш., для крепления шарошки на цапфе и для

восприятия осевых/радиальных нагрузок. Констр. опр.

типом/Ø долота

- шарошки с породоразр. эл-ми

- промыв. отв. (центр. пром.(Ц)/боковая(Г))

- присоед. резьба

Вооружение:

- зубцы (фрезированные/накатка)

- штыри (впресовываются)

распологаются концентрическими венцами

- ТКЗ – комбинированные

- О, ОК – сферические

- М, С – клиновидные

 

15-Схема расположения шарошек в долоте, управление скольжением шарошек долота, коэф. скольжения

- с пересечением осей шарошек с осью долота в одной точке

- со смещением осей шарошек по направлению вращения

долота ║ положению, при котором их оси пересекаются в

одной точке (положительное смещение)

Управление скольжением шарошек долота достигается путем

смещения осей шарошек или увеличением многоконусности

- у долот со смещенными осями шарошек, ­скольжение

шарошек по забою и поэтому ­ эффект скалывания

Коэфициент скольжения – интенсивность проскальзывания зубьев шарошек по забою. = делению суммы площадей, описываемых за один оборот долота зубьями, на площадь забоя скв.

- у шарошек с гладким конусом, и у которых ось и ее

образующие пересекаются с осью долота к.с.=0 (дробление

породы), во всех других случаях к.с.=0,01-0,15

(проскальз-щие шарошки дробяще-скалывающего действия)

 

16-Конструктивные особенности опор трехшарошечных долот для низко и высокооборотного бурения

- Низкооборотное (Н) n<350[об/мин]

- РШС – роликоподшипник-замковый шарикоподшипник-

узел скольжения(радиальный+торцовый фрикционный

подшипник)

1АН-негерметизированная(открытая) опора,

у серии 2АН-герметизированная

- Высокооборотное (В)

- 1АВ-состоит исключительно из подшипников качения

(ШШШ)/(ШРШ/ШШР)

- негерметизированная(открытая)

 

17-Долота ИСМ, их характерные особенности, форма рабочей поверхности, область применения.

Институт Сверх-твердых Материалов

славутич – сверхтвердый материал обл. высокой износостойкостью

Тип

- цельнокованные с последующим фрезерованием лопастей

- с приваренными лопастями

- обладают высокой износостойкостью, ¯стоимостью по сравнению с алмазными, ¯поршневанием и ­проходимостью, ­защита породаразр. эл-ов.

Разновидности

- режущие, торцевые, истирающие(радиальные/секторные)

Модификации

- с комбинированной промывкой (бок.+центр. сопла)

- с обычной провывкой (центр. сопла)

Профили зубков:

- полусферический/клиновой/плоский

- h=3-5мм; d=8-12мм

 

18-Алмазные долота, их разновидности, устройство, область применения

При бурении необразивных пород различной твердости, залегающих на глубинах>3000м

Приемущество:

- увеличение проходки в кратное число раз

Недостатки:

- снижается V_МЕХ проходки

Алмазы:

- природные/синтетические

h<(0.25-0.3)d

n~400[об/мин]

Типы долот:

- с поверхностным расположением алмазов

- импрегированные (алмазы размещены в поверхностном слое матрицы до 8мм)

типы по констр. особенностям

- ДР – с радиальным расположением каналов, с биконической

наружной поверхностью

- ДК – с напорными каналами и тораидальными выступами

- *C – с синтетическими алмазами

- *И – с импрегированным расположением алмазов

- ДЛ – лопастные долота

- ДВ – торцевое долото для зарезки нового ствола, с

внутренним конусом

- ДИ – импрегированное долото с заостренным лопастным

торцом

- ДУ – универсальное

Обозначение алмазных долот:

- ДК-188М6

 

20-Бурильные головки: шарошечные, алмазные, ИСМ. Классификация, пути увеличения выноса керна

- разбуривание забоя/калибровка стенок скв., формирование/предотвращение повреждения керна

шарошечные бур. головки

Классификация:

- разновидность (кол-во шарошек)

- класс (в зависимости от материала зуба/зубка)

- тип (в зависимости от свойств г/п)

- модификация (констр/техгнол особенности)

- модель

алмазные/ИСМ

недостаток:

- дефицит/­стоимость алмаза

классификация

- класс (вид алмазов)

- разновидность(радиальная/рад.-ступенчатая/спиральная)

- тип (в зависимости от свойств г/п)

- модификация (констр/техгнол особенности)

- модель (по размеру)

- серия (техн. изг., форма выполнения)

Увеличение выноса керна и предотвращение оставления на забое целиков:

- Приближение керноприемного отверстия и кернорвателя к

зоне обр. Керна

Параметры конструкции буг. головки:

Высота керноприема – расстояние от зоны образования керна до кернорвателя; Коэф. керноприема – отношение к этому расстоянию диаметра керна

 

21-Способы разделения массива горных пород на пачки примерно одинаковой буримаости

Буримость – способность г/п сопротивлятся разбуриванию буровым долотом

Метод реперных долот, долота должны быть:

- одинаковый тип, размер, констр. особенности

- одинаковый тип и примерно одинаковая степень износа

- сравнительно малое отличие показателей работы долот в

пределах одной пачки

- желательно, чтобы мощность каждой пачки на порядок

превышала проходку на долото

- чтобы в пределах одного интервала, число отработанных

долот было статистически значимым

- режим отработки долот должен быть одинаковым

Этот метод позволяет рассматривать показатели работы реперных долот в качестве случайных величин, зависящих только от горных пород. С помощью метода статистики выделить однородные группы этих случайных величин. Каждая из этих групп будет соответствовать пачке попрод примерно одинаковой буримости

Статистический метод Радионова:

Заключается в сопоставлении полученных границ со стратеграфическими и литологическими границами геологического разреза

На заключительном этапе необходимо сопоставить полученные границы по различным скв. друг с другом, если они совпадут, то граница истинная, если она не подтверждается другими скважинами, то она ложная и причину нужно искать в технологии.

 

22-Выбор рационального типа шарошечного долота для бурения заданного интервала горных пород

Выбор долота производят на основе знания г/п слагающих данный интервал

Категория твердости г/п

Категория абразивности г/п

m_i/M - % содержание пачки от всего обьема

точками на диаграмме указаны оптимальные соотношения твердости(Т) и абразивности(А) при этом целесообразно применять данные типы шарошечных долот (с точки зрения минимизации экспл. затрат на 1м проходки)

по диаграмме определаются наиболее близкие типы шарошечных долот, они составят группу конкурирующих долот. После их отработки в данной пачке и статистической обработки рез-ов, можно сделать вывод о том, какое из долот явл. наилучшим и в дальнейшем закладывать его в проект бурения скв. (Т и А определяются опытно или по табл.)

 

23-Понятие о режиме бурения. Параметры режима бурения и показатели работы долота.

Сочетание таких параметров, которые существенно влияют на показатели работы долота и которые буровик может изменить со своего пульта.

P_д [кН] – нагрузка на долото

n [об/мин] – частота вращения долота

Q [л/с] – расход(подача) пром. ж-ти

H [м] – проходка на долото

V_м [м/час] – мех. скорость проходки

V_ср=H/t_Б – средняя

V_м(t)=dh/dt_Б – мгновенная

V_р [м/час] – рейсовая скорость бурения

V_р=H/(t_Б + t_СПО + t_В)

C [руб/м] – эксплуатационные затраты на 1м проходки

C=(C_д+С_ч(t_Б + t_СПО + t_В))/H

C_д – сибестоимость долота; C_ч – стоимость 1часа работы бур. обор.

- оптимизация режима бурения

- maxV_p – развед. скв.

- minC – экспл. скв.

 

24-Зависимость V_мех от осевой нагрузки на долото. Фор-ла Федорова.

V_м=f(P_д); n=const; Q=const; V_Мо=f(P_д) и V_ср=f₁(P_д)

I – прямолинейный отрезок кривой

P_д - область поверхностного истерания

P_к<P_у => не происходит обьемного разрушения породы, порода разрушается в рез-те истирания зубцами долота с обр. Пылевидных частичек. PS: работа в этой области не эффективна и не желательна

II – криволинейный участок

- область обьемного усталостного разрушения

P_у<P_к<P_ш => предел усталости – минимум давления зуба на породу, при этом многократное нагружение породы приводит к ее обьемному разрушению. С ↑P_д требуется меньше число ударов для обьемного разрушения породы

III – прямолинейный участок, переходящий в горизонтальный

- область эффективного обьемного разрушения

P_к=>P_м; при каждом ударе зубца происходит обьемное разрушение породы с отломом частички

Вывод: для более мягкой породы область разрушения смещается влево, для более твердых – вправо

Породу целесообразно бурить при нагрузках соотв. III зоне или в крайнем случае во II зоне. [II-III] – наиболее выгодный диапазон нагрузок

Ф-ла Федорова

P_д≥αP_шF_к; F_к=K_пД_дS/2; F_к=S∑∑l_ij; K_п=∑∑l_ij/(Д_д/2); V_м=K_пP_д ^B

α – κоэф. учит. заб. усл.(0,33-1,59); F_к – площадь контакта зубцов с породой; S – притупление зубцов долота (для нового долота S=1мм); K_п – коэф. перекрытия зубцами забоя скв.; i – номер шарошки, j – номер венца на шарошке, n – число шарошек, m – число венцов на шарошке; в – зависит от твердости породы (1-3)

 

25-Зависимость V_м от частоты вращения долота

V_м=f(n);

РИСУНОК

К росту V_м ведет:

- увеличение числа ударов в ед. времени

- увеличение энергии удара зубца о забой в рез-то роста секорости соударения

V_м=δn; δ – углубление забоя за 1оборот долота

уменьшение δ происх. При n>n_крит, пром. жид-ть не успевает выносить шлам из забоя => образуются шламовые подушки

РИСУНОК

n=n_крит; δ~const; δ= δ_o(1- k ln n), k – импер. коэф.(зависит от зашламленности забоя и от времени контакта зубца с г/п и от св-в к/п); V_м= δ_o(1-Kln n)n

РИСУНОК

при t_к>t_o; h=h_max; при t_к<t_o; h<h_max

уменьшается время контакта зубца с породой

dV_м/dn= δ_o(- kn / n +1- k nl n)=0; 1- k = k ln n

n=e^1/k-1 – maxV_м

глины: n~300-400об/мин; карбонаты: n~200-250; абразивные: n~40-50

в мягких породах ↑n приводит к ↑V_м

V_м=ke ^a; 0< a <1; V_м=An ^B; B<1(~0.8)

V_м=kP_д ^B n ^a

Увеличение n для достижения ↑V_м более эффективен в мягких г/п, чем в твердых

 

26-Зависимость V_м от расхода пром. жид-ти. Зависимость Бингхэма.

V_м=f(Q); P_д,n=const

РИСУНОК

I - ↑Q приводит к линейному ↑V_м; с ростом Q улучшаются условия разрушения г/п зубцами долота

II – Q_д(достаточное) дальнейший рост Q не приведет к ↑V_м

III – большие скорости течения жид-ти => большие гидр. потери

На очистку забоя от шлама помимо Q влияют:

- расп. промыв. отв. в долоте; схема циркуляции ж-ти на

забое; скорость истечения ж-ти из насадок долота; св-ва ПЖ

РИСУНОК

Q₄>Q₃>Q₂>Q₁

I – совершенная очистка забоя

II – несовершенная

III – неудовлетворительная

 

27-Влияние св-в промывочной жидкости на V_м. Дифференциальное давление на забой

- ↓ p _бр=↑V_м

- ↑вязкость=↓V_м

- способствует несущей спопобности бур. р-ра; ↓V_м

- фильтрационная способность

- чем ↑, тем ↑V_м

с точки зрения разр. г/п, целесообразно ↓вязкость и ↑водоотдачу бур. р-ра

V_м=f(ΔP_диф); ΔP_диф= P_заб-P_пл; P_заб= p _брgh+ΔP_кп; ΔP_кп= k p Q²

k – коэф. гидродин. сопрот. в кольц. пр-ве

ΔP_диф= p _бр(gh+ kQ²)-P_пл

РИСУНОК

эффект бурения при равновесном давлении может быть достигнут только при бурении проницаемых г/п

↓ ΔP_диф тем ↑, чем ↑проницаемость г/п, время фильтрации бур. р-ра и фильтрационных способностей промыв. ж-ти

 

28-Влияние параметров режима бурения на стойкость опоры и вооружения шарошечного долота

Стойкость опоры

t_опоры=T/P^y_дn^x; T, y(1.5), x(0.7) – имперические коэф., завис. от усл. бур., констр. долота, св-в г/п, св-в пром. ж-ти

РИСУНОК

I – зона неэффект. отработки долота

II – зона рациональной отработки долота

III -???

Стойкость вооружения

t_в=a_в/P^c_дn^c1

a_в – опред. констр. особ. воор. долота

c, c₁ – зависят от св-в г/п, ее абразивности, св-в пром. ж-ти (1≤c,c₁≤1.5)

φ=φ(P_д,n,Q); V=V_oe^-φt

РИСУНОК

φ= φ_oP^q_дn^q1_д ; φ_o,q,q₁ – империч. Коэф

φ=K_иP^q_дωa^r; K_и – хар-ка изнашиваемости вооружения долота; a – категория абразивности

q, r – инвариантны к условиям бурения

зубчатые долота (K_и=2.8-8.4; q=1.22; q₁=1.2)

штырьевые долота (K_и=3.64-13; q=3.8; q₁=0)

V_м=V_o-at-bt² (1.8≤a≤2.9; 0.2≤b≤0.6; t≤1.5-2.5)

 

29. Критерии оптимизации режима бурения. Определение оптимального времени работы долота на забое

(P_д, n, Q)_опт=minC, maxV_р

C=f₁(P_д, n, Q); V_p=f₂(P_д, n, Q)

Этапы поиска оптимального режима

- на стадии проектирования

- оперативная оптимизация режима бурения

- корректировка проектного режима с учетом инф.,

полученной в процессе бурения

в процессе проектирования мы используем инф. полученную при бурении скв. в данном регионе, в аналог. усл., данные по гоелог. разрезу скв., рекомендаций завода-изготовителя бур. инстр., рабочих хар-к забойных двигателей.

2 способа выбора t_опт долота на забое:

- графический

tgα=dh/dt=V_м(t)=h(t)/(t_опт+t_сп+t_в)

- аналитический

 

32. Математические модели процесса мех. бурения

Это ряд зависимостей показателей работы долота от технологических факторов

Требования:

- достаточная степень точности

- легкость ее идентификации, т.е. привязка модели к конкр.

сл. бурения

типы мат. моделей

- интегральная (время не входит)

- дифференциальная (включает время)

- комбинированные

Интегральная модель

H,V=F₁(P_д, n, Q, θ)

t_опоры=F₂(P_д, n, Q, θ)

t_в= F₃(P_д, n, Q, θ)

Важным явл:

- определение диапазона параметров р.бю, в котором производится поиск оптимального р.б.

РИСУНОК

недостатки:

- для опр. имперических коэф. требуется большой

статистический материал по скв., что затрудняет их

применение в начальный период разбуривания

месторождения

- тех. возможности бур. обор. часто не дают нам реальной

возможности установить опт. параметры режима бурения

подходы к поиску оптимального режима бурения

- поиск опт. режима исходя из взаимодействия долота с г/п, и

далее мы стремимся этот режим реализовать, подбирая

соотв. хар-ки бур. обор.

- поиск опт. режима рацональной работы имеющегося бур.

обор., учитывая забойные хар-ки заб.двиг.

- не следует отождествлять опт. режим бурения с

режимом подвода к долоту max мощности

РИСУНОК

Упрощенный подход

maxV_м; N_д=M_дω; M_д=M_х+M_удP_д (РИСУНОК)

M_х – момент х.х., затрачивается на преодоление сил трения о стенки скв.

M_д=πM_удP_дn/30≤N_max

При режиме N_max P_дn=const

РИСУНОК

Твердую породу целесообразно разбуривать при ↑P_д и ↓n, а мягрую при ↓P_д, но ↑n

РИСУНОК

 

33. Бурильная колонна, ее назначение и составные эл-ты

комплекс соед. деталей, который явл. связующим звеном между долотом и наземным бур. обор. (от вертлюга до долота)

функции

- подвод энергии к долоту (мех-ки/гидравлически/кабелем)

- создание нагрузки на долото

- для подвода пром. ж-ти к долоту

- для проведения СПО и замены долота

- для проведения аварийных работ

- для спуска геофиз. приборов

- для спуска испытателя пластов

- для спуска секций обсадной колонны

требования

- выдерживать все нагрузки и напряжения, возникающие в

процессе ее работы

- быть достаточно износостойкой

- обладать min возможной в данных условиях стоимостью

и отвечать принципу равнопрочности

- быть устойчивой от корозии

- обладать min гидравлическими сопротивлениями

 

34. Виды БТ, специфика их конструкции, рациональная область применения

- с высаженными внутрь соед. концами (ТБВ)

- l=6/8/11.5м; δ=7-11мм; d=60-168мм

- с высаженными наружу соед. концами (ТБН)

- l=6/8/11.5м; δ=7-11мм; d=60-140мм

- с коническими поясками (*К)

- трапецеидальная упорная резьба

- с приваренными соед. концами (ТБПВ)

- легкосплавные БТ (ЛБТ/АБТ)

“+” ↑прочность на растяжение/ диамагнитны/ ↓гидравл.

сопрот

“-“ t<150’C/ нельзя применять в щелочной/кислой среде

Вывод: распологать в центр. секциях

 

35. Ведущие БТ, УБТ, их типы и характеристики

Ведущие БТ

для передачи крут. момента от ротора к БК, или для передачи реактивного момента от ЗД к ротору при одновременной подаче БК и циркуляции ПЖ.

Состоит из: квадратной толстостенной штанги с просверленным каналом, вершнего/нижнего штангового переводника(ПШВ/ПШН);

Переводники:

- ПП (переходные) – для перехода резьбы одного типа к

резьбе другого типа; для соед. эл-ов БК разных диаметров;

для присоединения к БК инструментов

- ПМ(муфтовые), ПН(нипельные) – для соед. эл-ов БК,

расположенных др.к др. муфтами или нипелями

УБТ

Для ↑P_д и ↑жесткости нижей части БК

Типы:

с гладкой поверхностью

“-“ изг. методом прокатки без последующей термической

обработки, что обуславливает их ↓прочность и

↓износостойкость, имеют допуски на

кривизну/разностенность/овальность.

Не рекомендуют при роторном способе, используют при

бурении ЗД.

- с конусной проточкой для лучш. захвата клиньями при СПО

-со спиральными канавками на пов-ти, прим. в

осложненных усл., квадратное попер. сечение

- сбалансированные (УБТС)

- канал просверлен+термическая обработка +

фосфатирование резьбы+мех. обработка =>

“+” - ↑прямолинейность/прочность.

 

36. Бурильные замки, резьбы и их сравнительная хар-ка

Для соед ТБВ:

- ЗН – с d проходного отв. << d проходного отв. высаженных

внутрь концов БТ

- ↑потери давления => при роторном способе

- ЗШ – с d прох. отв., << d прох. отв. высаженных внутрь

концов БТ

- ЗШК – для ТБВК

Для соед. ТБН

- ЗУ – с увеличенным d прох. отв., созд. хорошие условия

бурения ротором или ЗД

- ЗУК – для ТБНК

Нипель и муфта БЗ соед. при помощи конической крупной резьбы треугольного профиля (замковая резьба), а присоед. к БТ – коническая мелкая трубная резьба

- “+” – ускоряет СПО, предотвращение преждевременного

износа БТ

“-“ – 3 резьбовых соед. => ↓прочность, ↓герметичность;

при ↓d в ЗН => нужна мощные насосы, ↑перепад давлений,

нельзя применять колонковые долота и спуск приборов в скв.

Резьбы:

- треугольная коническая

- ТБН/ТБВ; Δ1:16; правая/левая

- коническая трапецеидальная

- ТБНК/ТБВК; Δ1:32; правая

 

37. Условия работы БК в скв. при различных способах бурения

основные факторы, влияющие на работу БК

- нагрузки и напряжения действующие на разл. эл-ты БК

- места концентрации напряжения

- коррозионное воздействие ПЖ на БК

- износ пов-ти БТ из-за трения о стенки скв. и воздействия

абразивных частиц в ПЖ

- возникновение колебательных процессов в БК

типы нагрузок по хар-ру:

- статические

- динамические (инерционные) (при СПО)

- переменные нагрузки и напряжения

- сила веса, выталкивающая сила

нагрузки зависят от:

- способа/режима бурения, глубина скв, траектория кривизны,

состояние ствола скв, геолог. усл., мощность БУ, бригады

силы и нагрузки при бурении разными способами:

- растягивающие силы веса

- реакция забоя, сжимающая нижн. часть БК

- силы трения о стенки скв. при: бурении, СПО,

ликвидации прихватов/затяжек

роторный способ:

- момент, вращающий БК

- изгиб. напряжения

- знакопеременные напр. (искривление ствола скв)

буерние ЗД

- дополн. напр. раст., вызванные перепадом давления в

турбобуре

- реактивный момент двигателя, передав. на БК

- постоянные изгиб. напр. уа искр. участках скв.

РИСУНКИ

 

38. Понятие устойчивости БК. Факторы, вызывающие потерю устойчивости. Формула Эйлера

Устойчивость – форма оси колонны.

Если ось БК прямолинейна и не касается стенок скв, то БК обладает устойчивостью; Если ось изгибается и БК касается стенок скв., то БК теряет свою устойчивость.

Следствия:

- отклонение от вертикали

- потери на трении, ↑износ БК

- осыпь/обвал стенок скв. =< затяжки/прихват БК

причины:

- большая осевая нагрузка (P_д>P_крит) P_крит=2(Ejg²)^3/2

колонна принимает вид спирально-винтовой нити с

переменным шагом

- в роторном бурении:

- центробежные силы инерции

- наличие эксцентриситета

меры по предупреждению:

- установка центраторов

- выбор параметров режима бурения

 

39. Длина полуволны изогнутой оси БК (Формула Саркисова)

z – расст. от нейтр. сечения

Е – модуль Юнга

J – момент инерции площади поперечного сечения

Q – масса одного погонного метра

“+” – для растянутой части БК (выше нейтр. сечения)

“-“ – для сжатой части БК (ниже нейтр. сечения)

 

40. Напряжение изгиба в БТ (в искрив. скв. и при потере устойчивости в скв.)

под действием силы собств. веса (ЗД)

P – нагрузка на долото (вес сжатой части)

R – усл. рабиус скв.

W_изг – момент сопротивления площадки попер. стенке БК

Изгиб

РИСУНОК

Дуга AB – σ_р>0; дуга A’B’ - σ_р= σ_сж=0; дуга A”B” – σ_сж>0

σ_и= σ_р(AB)=Eε_AB; ε_AB – относит. удлинение БК по дуге AB

напряжения от продольного изгиба при вращении БК

РИСУНОК

 

41. Формы вращения БК в скв.

В реальных усл., точное совпадения оси скв. с осью БК не бывает. В вертикальной скв. – если БК сохраняет свою устойчивость, то наиболее вероятно вращение вокруг оси скв. С ↑нагрузки, ↑P_приж, ↑вероятность вращения БК вокруг своей оси.

факторы:

- режим бурения; глубина скв.; искривленность.; соосность

ротора, ведущей трубы и направления; кривизна труб; коэф.

трения; нагрузки на долото

- вокруг оси скв.

- k=1; ω_т=0; ω_с=ω

- чистое качение (обратная прецессия)

- k=0; V_A=0; ω_c=-dω_т/D

- вокруг оси скв. и оси БК

- 0<k<1; ω_c=-dω_т/D; ω_т=0

- вокруг оси БК

- k=d/D; ω_т=ω; ω_c=0

 

42. Виды и причины отказов эл-ов БК.

Большинство аварий связано с воздействием переменных нагрузок. 80% приходится на резьбовые соед.(срыв/слом резьбы), и только 20% на тело БТ.

Причины:

- износ резьбы с выкрашиванием витков / промыв резьб. соед.

- поперечные/спиралевидные/продольные трещины

факторы:

- способ/режим бурения; местоположение проходимого

интервала; состояние траектории ствола скв.

Роторный способ:

- при бурении верхних интервалов и при бурении

искривленных участков скв.

турбинный способ:

- ↑скорости и динамические знакопеременные

нагрузки приводят к износу резьб

 

43. Требования, предьявляемые к БК. Цели и последовательность расчета БК на прочность

требования:

- должна быть достаточно прочной, чтоб выдерживать все

нагр. и напр.; создавать заданную нагрузку на долото; быть

достаточно прочной

- способствовать проводки скв. по траектории,

утвержденной в проекте на строительство

- быть герметичной, создавать min гидр. сопротивления

- быстро свинчиваться/развинчиваться в процессе СПО

пользуемся:

- значениями сил и напр., дейст. на БК в конкретном

случае и нами расчитанными

- прочностными хар-ми БТ (по справочным данным)

- коэф. запаса прочности, которые определены на основе

промыслового опыта

последовательность:

- выбор диаметральных размеров и типов эл-ов БК

- выбор d ЗД, БК, производится по d долота с помощью табл.

- расчет КНБК(Комп.Нижн.части.Бур.Кол)

- жесткость первой наддолотной ступени УБТ > жесткости

обсадной кол., под которую мы бурим ствол скв.

- d УБТ<d ЗД

- определение числа секций БК, их длины и прочностных

хар-к каждой секции

- проверочный расчет верхней трубы каждой секции в

клиновом захвате

- расчет БК на внутреннее и наружное избыточное давление

- определение необх. моментов свинчивания резьбовых соед.

 

44. Выбор диаметральных размеров эл-ов БК.

- выбор d ЗД, БК, производится по d долота с помощью табл.

- жесткость первой наддолотной ступени УБТ > жесткости

обсадной кол., под которую мы бурим ствол скв.

- d УБТ<d ЗД

- если D_д<295.3мм => D_убт=(0.75-0.85)D_д

- если D_д>295.3мм => D_убт=(0.65-0.75)D_д

 

45. Проектирование КНБК при расчете на прочность

выбор типа УБТ

- от способа бурения

- забойный – горячекатанные УБТ (↓стоимость, ↓качество)

- роторный – УБТС

выбор диаметров и числа ступеней УБТ

- в зависимости от D_д

- если D_д<295.3мм => D_убт=(0.75-0.85)D_д

- если D_д>295.3мм => D_убт=(0.65-0.75)D_д

если d_бт/D_убт>=0.75, то 1 ступень, иначе включаем дополнительную, пока не будет правдой

D_убт(N+1)<D_убт(N); D_убт(N+1)/D_убт(N)>=0.75

Выбор длины ступеней УБТ

- L₁=λL_{убт(общ)}

- λ=0.7-0.8 – для нормальных условий

- λ>=0.4 – для осложненных условий

n – число ступеней

α – убол между вертикалью и осью УБТ

ρ_ст – 7850[кг/м³]

при n=1

при n=2 L₂=L_убт-L₁

при n=3 L₂=L₃=(L_убт-L₁)/2

Общий вес

Q_убт=g(G_ЗД+q₁L₁+ q₂L₂+ q₃L₃)

Общая длина

L_убт=L₁+L₂+L₃+L_ЗД

 

46. Расчет БК при бурении ЗД вертик. скв.

заданы:

- констр. долота, d долота, режим бурения, траектория скв.

определить:

- кол-во/длину/прочностные хар-ки секций БК.

Исходное положения для расчета:

- БК в скв.; ЗД работает; долото не касается забоя.

Расчет ведется на стат. растяж. с учетом сил: веса, выталкивающих, растягивающих, трения

Определение растягивающей нагрузки:

сечение А-А

P^AA_p=1.1[gq⁽¹⁾l⁽¹⁾(1-(p _пж/ р _ст))+Q_нк+Q_убт+Q_зд]+F^нк(ΔP_зд+ΔP_д]

сечение В-В

P^BB_p= P^AA_p+1.1gq⁽²⁾l⁽²⁾(1-(p _пж/ р _ст))

если L>l_зд+l_убт+l_нк+l⁽¹⁾, то расчитываем следующую секцию

иначе уточняем l⁽¹⁾; l⁽¹⁾_уточ=L-(l_зд+l_убт+l_нк)

 

47. Расчет БК при бурении ЗД прямолинейно-наклонного участка наклонно-направленной скв

РИСУНОК

Q_прод=Qcosα; Q_норм=Qsinα; F_тр=μQ_н=μQsinα;(μ~0.3);

P_прод=Q_прод+F_тр=Q(sinα+μsinα)

L_I>=L_зд+L_убт+L_нк+l^I₁+…+l¹_n

Если нет, то l^I_ny=L_I-(L_зд+L_убт+L_нк+l^I₁+…+l¹_(n-1))

 

48. Расчет БК при бурении ЗД искривленного участка наклонно-направленной скв.

P_и=F^II_тр+Q^II_проек

Q^II_проек=|gq^II_oR(sinα_к-sinα_н)|

P_и=μ|±2gq^II_oR₂(sinα_к-sinα_н)-gq^II_oR₂sinα_кΔα±P_нΔα|+|gq^II_oR₂(sinα_к-sinα_н)|

Δα=α_к-α_н

Если α_к>α_н, то cosα_к<cosα_н => “+”

“-P_н“ – при наборе кривизны

“+P_н” – при сбросе кривизны

считается, что на участке БК состоит из одной секции

L_II=πR₂α/180=0.1745R₂α

 

49. Особенности расчета БК при бурении скв. роторным способом

этапы:

- статический расчет, когда не учитываются знакопеременные

циклические напряжения, а учитываются постоянные

напряжения изгиба и кручения

- на достаточную прочность или выносливость

статический расчет

для вертикальных скв

;

K_з=1,4 – при норм. усл.

K_з=1,45 – при осложн. усл.

для наклонных участков

; ;

 

50. Расчет БК на усталостную прочность (выносливость)

расчет на усталостную прочность

max амплитуда циклического напр., при которой БК может выдержать >10⁶ циклов нагружений, определяется по рез-ам натурных-стендовых испытаний [σ_-1]

Расчет сводится к определению фактического коэф-та запаса прочности, применительно к знакопеременным изгибающим напряжениям БК и его сравнению с приятым коэф. запаса К_з=1.5

σ_-1 – усталостная прочность; σ_в – временная прочность на раст. мат-ла БТ(справ. данные);

σ_р – фактическое напр. раст. для рассм. сечения БК(опред. по формулам); σ_a, σ_m – переменная и постоянная составляющие изг. напр. БК

 

51. Проверка БК на прочность в клиновом захвате

сложно-напряженное состояние БК в клиновой подвеске вызывает необх. проверочного расчета верхней БТ каждой секции.

Коэф. обхвата БК c~0.7-0.9

Условия удерживания БК в подвешенном сост.

Q_бк=F_тр=k₁N; k₁ – коэф. трения/скольжения БК-Клин; k₂ – клин-клин.захват

X-> N₁+F_тр2sinα-N₂cosα=0

Y-> F_тр1-F_тр2cosα-N₂sinα=0

F_тр1=k₁N; F_тр2=k₂N =>

N₁+N₂(k₂sinα-cosα)=0

k₁N₁-N₂(k₂cosα+sinα)=0

=> k₁=(sinα+k₂cosα)/(cosα-k₂sinα)=(tgα+k₂)/(1-k_2tgα)=tg(α+φ); k₂=tgφ

φ – угол трения клиньев о пов-ть захвата

q_r=N/(πd_нl)=Q_кб/(πd_нltg(α+φ))

σ_др= Q_кб/(4πhltg(α+φ))=d_срQ_кб/F4ltg(α+φ), h – толщина стенки БТ

σ_рез=σ_др+σ_р=Q_кб/F+d_срQ_кб/F4ltg(α+φ),

F=π(d²_н-d²_в)/4= π(d_н+d_в)(d_н-d_в)/4=π2d_ср2р/4=πd_срh

σ_рез≤[σ]=σ_т/K_з

Q_кб=Fσ_тc/K_з(1+d_ср/4ltg(α+φ)),

при K_з=1 => Q_пред=Fσ_тc/(1+d_ср/4ltg(α+φ))

 

52. Проверка БК на прочность при воздействии наружного и внутреннего давления.

Осуществляется когда в состав БТ входят ЛБТ. Верхнюю из этих труб необходимо проверить на P_вн, а нижнюю на избыточное P_н

P_вн/ΔP_вн≥1.15; P_н/ΔP_н≥1.15

ΔP_вн= ΔP_тр+ ΔP_зд+ ΔP_д+ ΔP_кп

ΔP_н=g(g₁h₁-g₂h₂),

P_вн, P_н – справочные данные соотв. внутр/наруж давления на БТ при которых в теле трубы возникают напряжения, равные пределу текучести; ΔP_н, ΔP_вн – избыточное наружное/внутренне давление; g₁h₁ – наружные, g₂h₂ – внутренние

 

53. Выбор усилия затяжки и крутящего момента для завинчивания резьбовых соединений БК

БК висит на клиновом захвате

Q – услилие предварительного натяга

- муфта - сжата, нипель – растянут

БК висит на крюке

Q=P+R

Уравнение силовой деформации нипель-муфта

λ'_м=λ_м-λ’_н; абс. деформация, ‘- 2-ое положение

σ=εE; σ=Eλ_м/l_м=Q/F_м; λ_м=Ql_м/EF_м

Rl_м/EF_м=Ql_м/EF_м-(Q’-Q)l_н/EF_н; т.к. l_н=l_м =>

R/F_м=Q/F_м-(P+R-Q)/F_н => (R-Q)(1/F_м+1/F_н)=-P/F_н

=>

F – площадь контакта упорного соединения; P – составляющая силы веса; R – с