Расчет компоновки убт

Целью расчета является определение параметров компоновки УБТ (индекс «О»), обеспечивающих заданную нагрузку на долото и необходимую жесткость при изгибе в процессе бурения вертикальных и наклонно-направленных скважин.

Компоновка УБТ является составной частью КНБК, включающей в общем случае кроме долота, забойного двигателя и УБТ элементы формирования профиля скважины. Комплектование наддолотной части КНБК из указанные элементов выполняется согласно инструкциям [1,2] или справочного пособия [3].

Исходные данные для расчета компоновки УБТ следующие: способ бурения, тип и диаметр долота, масса и длина элементов КНБК (кроме УБТ), осевая нагрузка на долото, диаметр 1-ой на УБТ секции бурильных труб, диаметр и толщина стенки обсадной колонны, под которую ведется бурение, парк УБТ (трубы из которых может быть произведен выбор состава компоновки).

В общем случае компоновка УБТ состоит из нескольких ступеней с диаметрическими уменьшающимися по направлению от долота к колонне бурильных труб. Первая (основная) ступень главным образом предназначена для создания основной части нагрузки на долото и должна удовлетворить требованиям по гидравлике (создание минимальных гидравлических потерь) п. 4.5 и жесткости на изгиб п. 4.6. Последующие ступени обеспечивают плавный переход по жесткости от основной ступени УБТ к колонне бурильных труб п. 4.7.

Наружный диаметр основной ступени D должен соответствовать диаметру долота D_д (или диаметру расширителя) (табл. 1), наружному диаметру и толщине стенки обсадной колонны, под которую ведется бурение п. 4.6.

Примечание: можно пользоваться также следующими приближенными соотношениями, полученными на основе данных табл. 1:

для долот диаметром D_д295,3 мм выбираются УБТ с диаметрами, ближайшими значениям 0,85 D_д для нормальных условий бурения и 0,75 D_д для осложненных условий бурения;

для долот диаметром D_д>295,3 мм выбираются УБТ с диаметрами, ближайшими соответственно значениями 0,75 D_д и 0,65 D_д.

При бурении скважин в осложненных условиях долотами диаметром больше 269,9 мм допускается применение УБТ ближайшего меньшего по отношению к указанным в табл. 1 диаметра.

При бурении забойными двигателями диаметр основной ступени УБТ не должен превышать диаметра турбобура (электродвигателя).

Таблица 1.

Соотношения диаметров долот и УБТ.

Примечание. В таблице приведены рекомендуемые соотношения диаметров долот и УБТ для нормальных (верхняя строчка) и осложненных (нижняя строчка) условий бурения.

Выбираем из табл. 1 или указанных в примечании п. 4.5 соотношений УБТ 1-ой ступени, который должен удовлетворять требованию минимальной жесткости, а именно: во всех случаях жесткость на изгиб основной ступени УБТ (индекс 01) должна быть не меньше жесткости обсадной колонны (ОК) под которую ведется бурение, т. е.

(EI)₀₁ (EI)_ок, (1).

где Е — модуль упругости материала трубы, МПа (кгс/мм²);

I — осевой момент инерции сечения трубы, мм⁴.

При Е₀₁=Е_ок

где D₀₁, d₀₁ — наружный и внутренний диаметры 1-ой (основной).

ступени УБТ, мм;

D_ок, _ок — наружный диаметр и толщина стенки ОК, мм.

Для обеспечения плавного перехода по жесткости от УБТ к бурильным трубам компоновка УБТ в общем случае выполняется ступенчатой, при этом количество при переходах к БТ и переходах между ступенями выполнялись условия.

где D₁ — наружный диаметр 1-ой секции бурильных труб, мм.

Длина дополнительной (переходной) ступени УБТ l₀₂ может равняться длине свечи или длине одной трубы.

Длину 1-ой (основной) ступени в м., для вертикального и наклонно-направленного участков вычисляется по формуле:

где q_oi(i=1,2) — приведенный вес 1 м длины i-ой секции УБТ, Н (кгс);

— угол наклона профиля скважины на участке расположения КНБК. Для вертикальных участков =0, град;

K_д — коэффициент нагрузки на долото. При роторном способе бурения K_д=4/3= 1,333. При бурении скважин забойными двигателями следует принимать К_д = 1,175;

Q_д — необходимая нагрузка на долото, Н (кгс);

_ж — плотность (удельный вес) бурового раствора, кг/м³ (г/см³);

₀ — плотность (удельный вес) металла УБТ, кг/м³ (г/см³);

Q_зд — вес забойного двигателя, Н (кгс);

Q — суммарный вес всех элементов КНБК за исключением забойного двигателя и УБТ, Н (кгс);

l_oi (i =1,2) — длина i — ой ступени УБТ, м.

При роторном способе бурения с частотой вращения колонны n85 рекомендуется применять только УБТС.

Вес всей компоновки УБТ и ее общая длина определяется:

где n — общее число ступеней УБТ.

Если нагрузка на долото.

то для ограничения прогибов и площади контакта УБТ со стенками скважины рекомендуется устанавливать промежуточные опоры профильного сечения (например, квадратные, спиральные). Наибольшие поперечные размеры промежуточных опор для некоторых размеров долот приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Соотношения размеров долот и промежуточных опор

Количество промежуточных опор

(6).

должно быть не меньше двух.

Необходимое расстояние между промежуточными опорами находят из зависимости.

(7).

где К₀ — коэффициент, зависящий от жесткости промежуточных опор и УБТ. Принимают К₀=1,25 для УБТ диаметром D₀159 мм и К₀=1,52 для УБТ D₀>159 мм.

L₀ -длина полуволны УБТ вращающейся колонны в нейтральном сечении определяется по формуле:

где n — частота вращения колонны, об/мин;

I — осевой момент инерции сечения УБТ, см⁴;

q — приведенный вес 1 м УБТ, кг/м.

При этом значения и L₀ получаются в м.

Рекомендуемые расстояния между промежуточными опорами на основной ступени УБТ при различных частотах вращения колонны труб приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Расстояние между промежуточными опорами а, м.

Примечания. 1. В компоновки УБТ диаметром более 203 мм промежуточные опоры можно не устанавливать.

• 2. Расстояние между опорами может быть увеличено не более чем на 10%.
• 3. Расстояние между опорами при бурении забойными дви гателями принимается по табл. 3 для n = 50 об/мин.

Численные значения массы (СИ) и веса (техническая система единиц) совпадают.

Резьбовые соединения УБТ должны быть свинчены крутящими моментами (моментами затяжки) М_зт, значения которых приведены в приложении 1, рекомендуемые значения М_зт для каждого типоразмера трубы соответствуют:

первое (меньшее) значение — условию достижения наибольшего предела выносливости соединения при квазистатическом характере изгиба и вращения УБТ. Напряжение затяжки _зт в опасном сечении ниппеля составляет при этом 0,3 — 0,4 от предела текучести материала _Т;

второе (большее) значение — условию предотвращения раскрытия соединения и последующей поломки от вибрационных нагрузок, при этом =0,6. Верхнее значение М_зт следует использовать только в условиях появления распределений соединений, при этом допускаемым для использования является весь диапазон М_зт от нижнего до верхнего значения. Коэффициенты трения, принятые в приложении 1, соответствуют смазкам принятым в приложении.

Примечания:

Коэффициенты трения в резьбе для отечественных замковых соединений составляют = 0,10 — для смазки типа Р-416 с металлическим наполнителем и = 0,13 для смазки УСсА с графитовым наполнителем.

Указанные замковые соединения имеют пределы текучести материала УБТ.

Замки импортных УБТ (по стандартам АНИ) имеют МПа.