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 К_дк=1,3 - коэффициент динамичности при резком подъеме или спуске колонны;

F_тл - площадь поперечного сечения тела ЛБТ, м²; F_тл =0,785×(d²_нл - d²_вл);

d²_нл, d²_нл - наружный и внутренний диаметры ЛБТ (Д16 Т), м;

q_у - вес 1 м УБТ, Н/м;

q_л, l_л - вес 1м в воздухе и длина ЛБТ, соответственно, Н/м и м; b_л - величинаb_а для ЛБТ;

Р_т, Р_д - перепад в турбобуре и долоте, Па;

G_тр - величина сил трения колонны о стенки скважины (силы сопротивления, которые определяются расчетным или опытным путем), Н; С_зд - в Н;F_вн - м².

После расчета s_р проверяют выполнение условия

где s_т - 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 М_кр - суммарный крутящий момент, приложенный в сечении трубы, который в общем случае равен

М_кр=М_д + М_х + DМ_i,

М_д - момент, возникающий при работе долота по разрушению пород;

М_х - крутящий момент на вращение колонны в скважине;

DМ_i - момент на вращение маховика, калибраторов и др.;

W_кр - момент сопротивления кручению трубы.

Величина М_х определяется через мощность, расходуемую на холостое вращение колонны.

s_р – рассчитывается также как при турбинном способе с исключением Р_т,G_зд.

После расчета s_р проверяют выполнение условия.