Роторное бурение

Технические и технологические ограничения.

Технологические условия расчета.

Подготовка исходных данных для расчета бурильных колонн.

К моменту начала расчетов базовой бурильной колонны должны быть известны:

- конструкция скважины (по вертикальным отметкам);

- профиль наклонно направленной скважины (проектный или фактический);

- конструкция наклонно направленной скважины по длине ее ствола;

- диаметры долот и состав КНБК по интервалам бурения в границах применения базовой колонны;

- геометрические и массовые характеристики, а также глубины спуска раздельно спускаемых секций обсадных колонн, если такие операции предусмотрены проектом;

- коэффициенты трения бурильных труб о стенки скважины;

- возможные виды осложнений и их местоположение в скважине.

- максимально допустимые нагрузки на долота по интервалам бурения, частоты вращения колонны при роторном бурении, давление на насосах, перепады давления на долоте, забойном двигателе (если он есть);

- способы бурения по интервалам бурения;

- параметры бурового раствора, включая реологические;

- наличный ассортимент типоразмеров бурильных труб и УБТ, из которого планируется составить бурильную колонну; ассортимент труб рекомендуется, например, представить в виде табл. 1.1.

Таблица 1.1.

Ассортимент бурильных труб для проектирования (конструирования) колонны

Шифр трубы	На-ружный диаметр, мм	Тол-щина стенки, мм	аралпа проч-ности	Диаметр замка, мм	Осевой момент инерции, м^4	Осевой момент сопротивления, м^3	Жест- кость, Па×м^4	Предел текучести, МПа	Приведенная масса пог. м, кг
УБТС			Л		4,6*10^-5	4,82*10^-4	9,5*10^6		154,8
ТБПК		12,7	Д	165,1	7,54*10^-6	9,81*10^-5	1,55*10^6		40,6
ТБПК		9,2	Е	155,0	5,9*10^-6	7,53*10^-5	1,22*10^6		31,22
ТБПК		9,2	Л	155,0	5,9*10^-6	7,53*10^-5	1,22*10^6		31,22
ТБПК		9,2	М	165,1	5,9*10^-6	7,53*10^-5	1,22*10^6		31,22
ТБПК		12,7	М	165,1	7,54*10^-6	9,81*10^-5	1,55*10^6		40,6
ТБВК	139,7		Л		8,61*10^-6	1,23*10^-^6	1,81*10^6		37,0

2. Проектирование равнопрочной колонны.

2.1. Выбор параметров компоновки низа бурильной
колонны (КНБК)

Создание колонны ведется снизу вверх, поэтому вначале выполняются расчеты по выбору КНБК.

КНБК может быть одноразмерной, состоящей из УБТ одного размера с опорно-центрирующими элементами в нижней части, которая ответственна за обеспечение вертикальности ствола или за реализацию проектной траектории. Различают так называемую "активную" нижнюю часть и верхнюю. К активной части относят участок КНБК от долота до первой точки касания УБТ или ее элементов, например, центратора, стенки скважины. КНБК может быть, в общем случае, одно-, двухразмерной (очень редко – трехразмерной), когда внизу, у долота, используются, исходя из технологической необходимости, УБТ иного, как правило, большего размера, чем в верхней части КНБК.

Диаметр УБТ d_убт выбирают обычно из рекомендуемого соотношения

d_убт = (0,75…0,85) D_д,

где D_д – диаметр долота.

Отступление от указанного соотношения диаметров может быть обусловлено технологической необходимостью (управление траекторией, осложненность скважины, оптимизация режима промывки, отсутствие стандартных труб и др.).

Целесообразно обеспечить соблюдение правила (особенно при бурении наклонно направленных скважин или скважин, склонных к самопроизвольному, естественному, искривлению): жесткость активных элементов КНБК EI_кн должна быть не меньше жесткости EI_обс обсадных труб, спускаемых в пробуренный с помощью данной КНБК ствол.

Нагрузка на долото создается, в основном, за счет веса верхней части КНБК, так как вес нижней, "активной", части, ответственной за соблюдение проектной траектории скважины, весьма мал, так как она имеет ограниченную длину: не более 20 – 25 м.

Вес нижней части КНБК в буровом растворе равен:

, (2.1)

где и - веса 1-го и 2-го элементов нижней части КНБК в воздухе;

ρ_р и ρ_м – плотности соответственно бурового раствора и материала трубы.

Чаще всего нижняя часть КНБК состоит из одного элемента. Тогда =0.

Для стали ρ_м =7850 кг/м³, а для алюминиевого сплава – ρ_м =2780 кг/м³. Расчеты будут выполнены точнее, если вместо плотности сплава использовать приведенную плотность трубы (усреднение значения плотности с учетом влияния массы стального замка). Значения приведенных плотностей содержатся в Приложении 6.

Длины нижних частей l_{н 1} и l_{н 2} не рассчитываются, а задаются, поэтому

, (2.2)

где q_нi и l_нi – соответственно масса 1 пог. м и длины элементов нижней части КНБК. Величины q_н для УБТС приведены в Приложении 8.

Длина верхней, последней, части КНБК вычисляется по формуле:

(2.3)

где α_н – средний зенитный угол на участке расположения нижних секций КНБК;

α_о – средний зенитный угол на участке расположения верхней секции КНБК; величина α_о равна полусумме углов в конце и начале расположения секции; на прямолинейном участке α_н = α_о;

G_д – нагрузка на долото, H;

q_oв – масса 1 пог. м верхней, искомой, части КНБК, кг/м;

k_д – коэффициент превышения осевой составляющей от веса КНБК над величиной нагрузки на долото; рекомендуется принимать не менее 1,1, но не более 1,33;

Общая длина КНБК будет равна:

l_кн=l_oв+Σl_нi.

При использовании формулы (2.3) надо иметь в виду, что с увеличением зенитного угла α величина l_oв возрастает. Исследуем этот вопрос на числовом примере. Сначала подсчитаем l_oв для вертикальной скважины. Примем, что нагрузка на долото G_д= 200000 Н (или около 20 тс). Условимся, что КНБК составлена только из УБТ 178 с q_o= 156 кг/м. Тогда = 0. Трубы стальные; плотность раствора ρ_р= 1200 кг/м³.

Расчет по формуле (2.3) для угла α= 0 и k_д =1,15 дает результат:

.

На рис. 2.1 приведены результаты аналогичных расчетов для других зенитных углов. На том же рисунке показано увеличение расчетной длины в относительных величинах. Видно, что с увеличением α, начиная с α =25^о, потребная длина КНБК начинает быстро нарастать. При зенитном угле 45^о КНБК должна быть на 40% больше, чем для вертикальной скважины. Применение таких сверхдлинных КНБК не технологично.

Если ограничить допустимое увеличение длины КНБК не более чем на 10%, то оно наступает при угле 25^о. Из этого следует, что если в месте расположения КНБК средний зенитный угол не превышает указанную величину, то расчет длины УБТ можно вести как для вертикальной скважины.

Когда расчетная длина КНБК превышает 200 м, то реализация таких решений требует большой осторожности в связи с опасностью прихвата КНБК. При углах более 45^о скорее всего придется создавать нагрузку на долото с помощью КНБК и части веса бурильных труб, создавая в них напряжения сжатия, что является вынужденной мерой.

Окончательный выбор длины КНБК принимается после сравнения длины расчетной с технологически допустимой длиной, которая оценивается, исходя из условий и опыта бурения.

Рис. 2.1. Влияние зенитного угла на расчетную длину УБТ.

Вес всей КНБК в воздухе определяется по формуле:

, (2.4)

а в буровом растворе:

. (2.5)

Над КНБК обычно устанавливают так называемый наддолотный комплект (1-я секция базовой части бурильной колонны, то есть i= 1) длиной l ₁ = 250 – 300 м, состоящий из бурильных труб "базового" размера группы прочности Д, но имеющих, как правило, наибольшую стандартную толщину. Как УБТ, так и наддолотный комплект можно не проверять на статическую прочность (на разрыв), так как они из-за малой длины и веса обладают запасами прочности, заведомо превышающими необходимый.

Дата добавления: 2015-06-27