Расчет бурильных колонн

Учебное пособие
Дисциплина: “Технология бурения нефтяных
и газовых скважин”

Для специальностей:

130504 “Бурение нефтяных и газовых скважин” (инженеры)

130500 “Нефтегазовое дело” (магистры)

130500“Нефтегазовое дело” (бакалавры)

Ухта - 2006

УДК 622.24. 053.6

О-74

О-74	Осипов П.Ф.Расчет бурильных колонн. 2006. – 84 с.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 130504 "Бурение нефтяных и газовых скважин" для использования при выполнении курсового проекта по дисциплине "Технология бурения нефтяных и газовых скважин" и при разработке дипломных проектов, а также для студентов-магистрантов и студентов-бакалавров специальности 130500 "Нефтегазовое дело" при изучении соответственно курсов "Технология бурения нефтяных и газовых скважин" и "Бурение нефтяных и газовых скважин".

Рецензенты:

Кафедра "Бурение нефтяных и газовых скважин" Пермского государственного технического университета;

Генеральный директор ФГУП НПЦ "Недра", доктор технических наук
Б.Н. Хахаев.

Учебное пособие печатается в редакции автора.

В окончательной редакции пособия учтены ценные советы и рекомендации рецензентов, которым автор выражает искреннюю благодарность.

Компьютерная верстка: Осипов П.Ф.

………………………………….

Ó УГТУ 2006

Ó Осипов П.Ф. 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.............................................................................................................. 5

1. Подготовка исходных данных для расчета бурильных колонн................. 11

1.1. Технологические условия расчета........................................................ 11

1.2. Технические и технологические ограничения...................................... 11

2. Проектирование равнопрочной колонны.................................................... 13

2.1. Выбор параметров компоновки низа бурильной колонны (КНБК)... 13

2.1.1. Роторное бурение.................................................................... 13

2.1.2. Бурение с применением забойных двигателей....................... 17

2.2. Расчет равнопрочной колонны для вертикальной скважины............. 19

2.3. Составление равнопрочной бурильной колонны для наклонно направленной скважины (ННС).................................................................... 22

3. Проверочный расчет бурильной колонны на статическую прочность и на выносливость при роторном бурении вертикальной скважины................ 26

3.1. Проверочный расчет бурильной колонны на разрыв......................... 26

3.2. Расчет колонны на кручение................................................................. 28

3.3. Проверочный расчет бурильной колонны на выносливость.............. 32

4. Проверочный расчет бурильной колонны на статическую прочность и выносливость при роторном бурении наклонно направленной скважины (ННС)............................................................................................................. 38

4.1. Участок набора зенитного угла............................................................ 38

4.2. Участок спада зенитного угла............................................................... 39

4.3. Участок стабилизации зенитного угла (прямолинейно наклонный участок профиля скважины)......................................................................... 39

4.4. Пример проверочного расчета бурильной колонны на статическую прочность....................................................................................................... 40

4.5. Расчет колонны на кручение................................................................. 45

4.6. Расчет труб на изгиб на криволинейных участках.............................. 47

4.7. Проверочный расчет бурильной колонны на выносливость при роторном бурении ННС............................................................................... 50

5. Проверочный расчет бурильной колонны на избыточные внутреннее и наружное давления........................................................................................ 58

6. Проверочный расчет бурильной колонны на прочность в клиновом захвате............................................................................................................ 60

7. Конструирование бурильной колонны для спуска раздельно спускаемых секций обсадных колонн............................................................................... 62

8. Альтернативные методы расчета осевых усилий и моментов на вращение колонны в бурильной колонне на участке набора и спада зенитного угла. 63

8.1. Расчет растягивающих усилий на участке набора угла без учета влияния желобов........................................................................................... 63

8.2. Расчет растягивающих усилий на участке набора зенитного угла с учетом влияния желобов............................................................................... 67

8.3. Расчет растягивающих усилий на участке спада зенитного угла без учета и с учетом влияния желобов............................................................... 72

8.4. Расчет приращения момента на вращение бурильной колонны на участках набора и спада зенитного угла..................................................... 73

Литература........................................................................................................ 75

Приложения....................................................................................................... 77

Введение

Расчет бурильной колонны выполняется:

- при разработке проекта на строительство скважины;

- при составлении бурильной колонны из имеющегося наличия труб;

- при изменении условий эксплуатации колонны в "худшую" сторону;

- перед выполнением работ по ликвидации аварий или прихватов;

- при расчете колонн для спуска раздельно спускаемой секции обсадной колонны на бурильных трубах;

- при существенном изменении условий расчета в проекте (увеличение глубины бурения, изменение способа бурения и т.п.);

Различают два вида расчета: компоновочный (проектировочный), когда осуществляется конструирование равнопрочной колонны, и проверочный, когда заданная бурильная колонна проверяется на запас прочности в потенциально опасных сечениях.

Бурильная колонна испытывает следующие силовые воздействия:

- силы растяжения, источником которых являются силы веса и трения; при этом наиболее опасной ситуацией считается подъем с промывкой и с возможным вращением;

- изгибающие моменты, возникающие при потере устойчивости или на участках искривления скважины; при роторном бурении указанные изгибающие моменты вызывают возникновение циклических изгибающих напряжений, которые потенциально могут стать причиной усталостных поломок труб;

- изгибающие моменты, возникающие на прилегающих к замкам участках трубы как результат влияния замка, если трубы располагаются на участках искривления скважины, особенно на участке набора зенитного угла;

- изгибающие моменты, возникающие у устья и в придонной части бурильной колонны при горизонтальном смещении бурового судна;

- изгибающие моменты, возникающие при бортовой или носовой качке бурового судна;

- моменты кручения при вращении колонны в процессе выполнения технологических операций, например, при бурении или ликвидации аварии с бурильными трубами, а также при вращении труб на искривленных участках;

- внутренние избыточные давления;

- наружные избыточные давления, возникающие, например, при спуске с опорожнением бурильной колонны с пластоиспытателем;

- сминающие усилия в клиновом захвате.

Все виды усилий должны быть оценены с точки зрения создания ими напряженного состояния и наличия достаточного запаса прочности.

Дата добавления: 2015-06-27