Расчет бурильных колонн. Усилия и напряжения в теле бурильных труб Под действием собственного веса БК.

Гидравлическая растягивающая сила от перепада давления на долоте и забойном двигателе. Крутящий момент и касательные напряжения в теле бурильных труб.

 (Н) – гидравлическая растягивающая сила

 – перепад давления по длине колонны

 – площадь сечения проточного канала труб

 (Мпа) – напряжение растяжения

S – площадь поперечного сечения тела бурильной трубы

Крутящий момент и касательные напряжения в колонне обусловлены реактивным моментом забойного двигателя или при вращении колонны ротором.
 – при бурении роторным способом

 – вращение долота

;

 – момент на вращение ненагруженного долота

(Н∙м) – вращение БК

с – эмпирический коэффициент;

 – плотность жидкости;

 – длина бурильной колонны;

– наружный диаметр труб;

n – частота вращения колонны

Крутящий момент  вызывает касательные напряжения τ, которые определяются по формуле

где  – полярный момент сопротивления сечения, который определяется по формуле:

 

Результирующее (эквивалентное) напряжение в теле бурильных труб при роторном бурении и при бурении с ЗД. Наружное и внутреннее избыточные давления, действующие на бурильные трубы при бурении.

Из выражения (6.8) видно, что наибольшее внутреннее избыточное давление имеет место при z = 0, т.е. на устье. Оно обусловливает окружные нормальные напряжения σ окр, стремящиеся разорвать трубы. Их величину можно приближенно найти по формуле

где Dв, и t - внутренний диаметр и толщина стенки трубы;

Кр- коэффициент разностенности труб (равный по стандарту 0,875).

Внутреннее избыточное давление в колонне Рвн может достигать больших величин (15 - 20 МПа и более) при глубоком бурении с гидравлическими забойными двигателями, восстановлении циркуляции (особенно при прихватах с потерей циркуляции), опрессовке пластов, выправлении профильных перекрывателей и т.д.

Иногда наружное давление оказывается больше внутреннего, и колонна подвергается наружному избыточному давлению. Это может иметь место, например, после продавки цементного раствора за обсадную колонну (и при снятии устьевого давления), при вызове притока флюида в продуктив-ного пласта через спущенную в скважину бурильную колонну с испытателем пластов на конце и др. Избыточное наружное давление Рвн может быть также вызвано и разностью в плотностях жидкостей, находящихся за трубами и в них, и разностью уровней этих жидкостей, или того и другого одновременно

где һт и һк - высота столбов жидкостей в трубах и за ними соответственно.

Если Рнн z > Ркр, Ркр - критическое (сминающее) давление, то может произойти смятие колонны. Величина Р., может быть рассчитана по формуле Саркисова-Еременко.