3. Общий порядок проектирования и расчета бурильных колонн

В общем случае проектирование и расчет БК производится по следующей схеме:

2.1. Расчет УБТ:

а) определение типа и диаметра основной ступени УБТ;

б) сравнение по жесткости УБТ и обсадной колонны;

в) определение диаметров и длин дополнительных ступеней УБТ;

г) определение длины основной ступени;

д) расчет количества промежуточных опор;

е) определение моментов затяжки резьб УБТ.

2. Проектировочный расчет колонны бурильных труб:

а) формирование списка технологических операций для которых будет выполняться проектирование КБТ;

б) формирование рабочего списка бурильных труб по приоритету, их диаметров и типов соединений;

в) определение критерия оптимальности при формировании КБТ;

г) перебор и проверка подготовленной последовательности БТ на соответствие:

- нормативам выносливости бурильных труб каждой секции при одновременном воздействии переменных напряжений изгиба и постоянных напряжений растяжения (расчет запаса прочности по усталости);

- запасов прочности бурильных труб каждой секции под действием внутреннего избыточного давления (верхняя труба) и наружного избыточного давления (нижняя труба);

д) определение наибольших допустимых длин секций бурильных труб выбранных типоразмеров;

е) определение масс сформированных секций; нарастающей массы КБТ, фактических значений запасов статической прочности и прочности по усталости.

ж) для сформированных КБТ расчет замковых соединений и моментов затяжки резьб, а также расчет наибольшей глубины спуска БК в клиновом захвате.

2. Проверочный расчет КБТ.

Целью расчета является проверка выполнения условий статической прочности и прочности по усталости (при роторном способе бурения) бурильной колонны гидравлических и технологических требований к ее конструкции в следующих случаях:

• фактические условия бурения отличаются от предполагавшихся;

• по каким-либо причинам БК спроектирована с отступлениями от данной методики;

• при анализе аварийных ситуаций.

13.1.4. Расчет убт

Целью расчета является определение компоновки УБТ, обеспечивающей заданную осевую нагрузку на породоразрушающий инструмент и необходимую жесткость при изгибе.

Исходные данные для расчета:

• способ и условия бурения;

• тип и диаметра долота;

• масса и длина элементов КНБК (кроме УБТ);

• осевая нагрузка на долото;

• диаметр первой над УБТ секции бурильных труб;

• диаметр и толщина стенки обсадной колонны, под которую ведется бурение;

• удельный вес бурового раствора.

В общем случае компоновка УБТ состоит из труб разного диаметра, уменьшающегося от долота к КБТ.

Диаметр основной ступени УБТ должен соответствовать диаметру долота и определяется по таблице 1.

Таблица 13.1

Соотношения диметров долот и основной ступени убт, мм

Диаметр долота	Диаметр УБТ
190,5	159 (146)
215,9	178 (159)
244,5	203 (178)
269,9	219; 229; (203)
295,3; 320	229; 245; 254 (219; 229)
349,2	245; 254 (229; 245)
393,7 и более	273; 299 (254; 273)

ПРИМЕЧАНИЕ: в скобках даны диаметры УБТ для осложненных условий бурения.

При бурении забойными двигателями диаметр основной ступени УБТ не должен превышать диаметра забойного двигателя.

При роторном бурении с частотой вращения n > 85 об/мин рекомендуется применять только сбалансированные УБТ (УБТС).

Жесткость на изгиб EI основной ступени УБТ должна быть не меньше жесткости обсадной колонны, под которую ведется бурение, в противном случае при спуске обсадной колонны возможны посадки.

Таким образом,

(ЕI)₀₁ > (ЕI)_ок (1)

где Е - модуль упругости материала труб, кГс/мм² (табл. 7);

I - осевой момент инерции сечения тела трубы, мм⁴.

Индексы 0I и ОК относятся соответственно к основной ступени УБТ и обсадной колонне.

Для труб

, (2)

где D - наружный диаметр трубы, мм;

d - внутренний диаметр трубы, мм;

δ - толщина стенки трубы, мм.

В случае если УБТ изготовлены из стали, Е₀₁=Е_ок. Тогда формула (1) может быть представлена в следующем удобном для расчета виде:

, (3)

где D₀₁ и d₀₁ –соответственно наружный и внутренний диаметр основной ступени УБТ, мм;

D_ок и δ_ок ‑ соответственно наружный диаметр и толщина стенки обсадной колонны, мм.

Для обеспечения плавного перехода по жесткости от основной ступени УБТ к КБТ должны выполняться следующие условия.

При переходе к КБТ

D_оп<1,33 D₁, (4)

где D_оп - диаметр последней ступени УБТ, мм;

D₁ - диаметр бурильных труб первой секции, мм.

При переходе между ступенями УБТ

0,75 D_{o (i-1)} < D_0i, (5)

где D_{o (i-1)}, D_0i – соответственно диаметры предыдущей и последующей ступеней УБТ, мм.

Диаметр бурильных труб первой секции принимается в соответствии со способом бурения и диаметром обсадных труб для обеспечения оптимальных гидравлических соотношений и может быть определен по таблице 2.

Таблица 13.2