2.2.Расчёт бурильной колонны на прочность

При расчете на прочность количество расчетных сечений зависит от соотношения веса снаряда и осевой нагрузки, поэтому, сначала рассчитывается вес буровой колонны, по формуле:

где q – вес 1 м бурильной колонны в сборе , q=6,9∙9,81=67,7 Н;

L – длина колонны бурильных труб, L=700 м;

– плотность промывочной жидкости, ;

- плотность материала бурильных труб, ;

f – коэффициент трения бурильной колонны о стенки скважины, f=0,4;

Так как вес колонны бурильных труб (Q=40,2 кН) больше необходимой осевой нагрузки (P=12кН), следовательно, осуществляется бурение с разгрузкой.

Рассчитываем фактический вес 1 м бурильной колонны по формуле:

Прежде чем рассчитывать величины возникающих в колонне напряжений необходимо определить параметры, характеризующие расчетное сечение колонны и условия работы колонны.

Площадь сечения бурильных труб:

где - соответственно наружный и внутренний диаметр бурильных труб, =0,050 м, =0,039 м.

Осевой момент инерции:

Полярный момент сопротивления кручению:

Стрела прогиба:

где – диаметр скважины у устья; - наружный диаметр бурильных труб.

где – диаметр скважины на забое.

где – диаметр скважины в нулевом сечении.

Расстояние от опасных сечений до нулевого:

Угловая частота вращения:

Длина полуволны изгиба:

Где z – расстояние от расчетного сечения до нулевого;

«–» - для растянутой части бурильной колонны;

«+» - для сжатой части бурильной колонны;

E – модуль Юнга (Е=2∙10¹¹ Па);

ω - угловая скорость вращения бурильной колонны.

Затем определяются напряжения, действующие в опасных сечениях, рассчитываются суммарные напряжения и коэффициенты запаса прочности в соответствующих опасных сечениях бурильной колонны.

Расчет сечения А-А.

Рассчитываем напряжение растяжения по формуле:

Рассчитываем напряжение изгиба по формуле:

Рассчитываем напряжение кручения по формуле:

Суммарные напряжения рассчитываются по третьей теории прочности:

Запас прочности в верхнем сечении:

Где – предел текучести материала труб, =

Расчет сечения В-В.

Рассчитываем напряжение сжатия по формуле:

Рассчитываем напряжение изгиба по формуле:

Рассчитываем напряжение кручения по формуле:

Суммарные напряжения рассчитываются по третьей теории прочности:

Запас прочности в нижнем сечении:

где – предел прочности материала труб, =

Расчет нулевого сечения.

Рассчитываем напряжение изгиба по формуле:

Запас прочности для в нулевом сечении:

Где - предел выносливости при изгибе, =372 МПа.

По результатам расчета на прочность, можно сделать вывод о том, что в каждом сечении выполняются условия прочности и данную бурильную колонну можно применять в данных условиях бурения.

Расчёт бурильной колонны на выносливость.

Расчет на выносливость проводится только при бурении с разгрузкой и только для нулевого сечения, которое считается наиболее опасным, поскольку в нем действуют переменные напряжения изгиба.

Кроме того, поскольку в нулевом сечении происходит переход растягивающих напряжений в сжимающие, то это приводит к тому, что в сечении происходят пульсации напряжений кручений и изгиба.

Запас прочности:

Где запасы прочности по изгибу и кручению определяются по формулам:

Где - напряжение изгиба в нулевом сечении; – напряжения кручения в нулевом сечении.

По результатам расчета на выносливость, можно сделать вывод о том, что расчетные коэффициенты запаса соответствуют нормативным требованиям, следовательно данную буровую колонну можно применять в данных условиях бурения.