Основные теоретические положения. Осевая нагрузка, доходящая на долото, рассчитывается в обратном порядке

Осевая нагрузка, доходящая на долото, рассчитывается в обратном порядке, то есть сначала рассчитывается осевая нагрузка в конце самого верхнего участка колонны труб.

Формулы (см. табл. 1 получены на основе известной методики М. М. Александрова.

Расчет осевой нагрузки в конце следующего участка, расположенного ниже, производится с учетом осевой сжимающей силы действующей на этот участок со стороны верхних секций колонны труб и так далее; т. е. учитывается P _V – сжимающая сила, приложенная к верхнему концу участка колонны труб, Н.

Математические зависимости для расчета приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Участок	Нагрузка на долото
Набор зенитного угла
Уменьшение зенитного угла
Стабилизация

 

В таблице использованы следующие обозначения:

,  – зенитный угол внизу и вверху участка колонны труб, град;

, рад,

 – коэффициент трения (  = 0,3 – трение сталь по горной породе,  = 0,15 –трение стали по стали);

j – угол трения, рад, j = 2  arctg ;

q – вес одного погонного метра труб в жидкости, Н/м;

q₀ – вес одного погонного метра труб с замками в воздухе, Н/м;

R – радиус кривизны участка профиля, в котором расположен участок труб, м;

L – длина участка стабилизации, м;

Р_п – сжимающая сила, приложенная к верхнему концу участка колонны труб, Н.

Произведем расчет нагрузок с учетом сил трения при бурении скважины по трехинтервальному профилю. За основу примем профиль, который представлен на рисунке 1.

Исходные данные для расчета нагрузок приведены в таблице 2.

Рисунок 1 - Трехинтервальный профиль скважины

Таблица 2 – Исходные данные для расчета нагрузок с учетом сил трения

Величина	Значение
Вес одного погонного метра бурильных труб с замками (127 мм ТБВК), кГ/м	33
Коэффициент трения стальных труб о породу	0,3
Радиус искривления на участке набора угла с отклонителем, м	573
Радиус искривления на участке неориентируемого набора угла, м	1146
Плотность бурового раствора, кГ/м^3	1100
Плотность материала бурильных труб, кГ/м^3	7800

Находим вес одного погонного метра бурильных труб в буровом растворе:

 

= 28 кГ/м.

Находим угол трения: j = 2• arctgμ = 2• arctg 0,3 = 0,58 (рад) = 33,4 (град). Произведем расчет нагрузки, доходящей на долото, в предположении, что колонна бурильных труб полностью разгружена на забой. Расчет производим сверху вниз но участкам, геометрические характеристики профиля берем из таблицы 2.

1) Нагрузка в конце вертикального участка (в точке В): Р _B = q• h _{зарезки}

Из таблицы 2 глубина зарезки наклонного участка h _{зарезки} = 600 м. После подстановки данных находим нагрузку Р_В = 16800 кГ, отметим, что она равна весу колонны бурильных труб в буровом растворе.

2) Нагрузка в конце участка набора угла отклонителем (точка С). Формула для расчета приведена в таблице 4.2:

.

Выпишем значения величин: P _V = Р _B = 16800 кГ; R =573 м; μ =0,3; j =33,4;  =12°, α =12°,   (рад), l ₁ =120 м.

После вычислений получаем нагрузку в точке С: Р_С = 18900 кГ. Находим вес колонны в точке С: Р_Свес= Р _B + q• l ₁ = 20160 кГ.

3) Нагрузка в конце участка неориентируемого набора зенитного угла (точка Д). Формула для расчета та же, что и в пункте 2).

Выпишем значения величин: P _V = Р _C = 18900 кГ; R =1146 м; μ =0,3; j =33,4; α₀ =12°, α =23°,   (рад), l ₂ =200 м.

После вычислений получаем нагрузку в точке С: Рс = 23000 кГ. Находим вес колонны в точке Д: Р_Двес= Р_С+ q• l ₂ = 25760 кГ.

4) Нагрузка в конце участка стабилизации зенитного угла (точка Е). Формула для расчета приведена в таблице 4.2:

Р = P _V + (qL + Р_КНБК) • (cos α – μ • sin α).

Выпишем значения величин: P _V = Р _C = 23000 кГ; μ =0,3; j =33,4; α₀ =30°, l ₃ = L =1077 м. Вес компоновки нижней части бурильной колонны примем + Р_КНБК = 3000 кГ.

После вычислений получаем нагрузку в точке Е: Р_Е = 44800 кГ. Находим вес колонны в точке Е: Р_Двес = Р_С+ q• l ₃ +Р_КНБК = 55920 кГ.

Данные расчетов представим в виде таблицы 3.

Таблица 3 – Расчет нагрузки, доходящей на долото

Участок	Вес колонны, кГ	Нагрузка на долото, кГ	Отношение нагрузки к весу колонны, %
1. Вертикальный	16800	16800	100
2. Ориентируемый набор зенитного угла	20160	18900	94
3. Неориентируемый набор зенитного угла	25760	23000	89
4. Стабилизация	55920	44800	80

Анализ результатов расчета показывает, что из-за сил трения на долото на конечном забое доходит 80% веса колонны.

2. 8 семестр