МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

^{________________}

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

НЕФТИ И ГАЗА имени И.М. Губкина

Кафедра физики

Реферат

по теме: «Оценка уменьшение сил трения бурильной

колонны о стенки скважины при ее вращении»

Выполнил: студент Д.Д. Ливанов, гр. РБ-10-1 ____________

Подпись

Руководитель: доцент, Н.Ю. Елисеев ____________

Подпись

Сдан на проверку ________

Дата защиты ________ Оценка _________

Москва - 2013

Оглавление

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 1

Реферат 1

Введение 3

1 Сила трения 4

2 Влияние скорости на силу трения 5

3 Спуск и подъем колонны на наклонном участке 7

3.1 Подъем колонны 7

3.2 Спуск колонны 9

4 Построение графиков зависимостей для наклонного участка 10

5 Участок набора кривизны 13

6 Трехинтервальная скважина с тангенциальным профилем 15

7 Построение графиков для трехинтервальной скважины 17

Заключение 20

Список использованной литературы 21

Введение

Одним из важнейших факторов, влияющих на процесс бурения и выбор бурового оборудования, является трение бурильной колонны о стенки скважины. Оно существенно затрудняет подъем бурильной колонны и спуск обсадной колонны в наклонно направленных и горизонтальных скважинах.

Трение бурильной и обсадной колонны о стенки скважины не может быть исключено полностью, но оно может быть уменьшено посредством вращения. Поэтому в работе сравниваются два случая: осевые перемещения бурильной колонны в процессе СПО без вращения и с вращением, которое создается системой верхнего привода. С использованием СВП можно добиться снижения сил трения, что уменьшит нагрузку на крюке при подъеме бурильной колонны, а это позволяет выбирать буровые установки меньшей мощности и меньшей стоимости. Наша задача заключалась в оценке влияния скорости вращения и других параметров на силу трения и нагрузку на крюке при бурении в конкретных условиях.

Рассматривалась модель бурильной колонны от простейшей до более сложной. Сперва была рассмотрена модель колонны в виде однородного стержня на прямолинейном участке скважины, далее задача усложнялась – рассматривалась колонна бурильных труб с УБТ. Затем рассматривалась аналогичная задача в скважине с тангенциальным профилем. В результате получены аналитические формулы, по которым производились многовариантные расчеты и строились графики. Таким образом, получены таблицы значений и графики, зависимости силы трения от различных параметров, таких как зенитный угол, частота вращения, скорость спускоподъемных операций и др. По мере изучения материала все расчеты переводились в формат Excel, что облегчало моделирования различных вариаций.

Анализ результатов дает представление о взаимодействии колонны труб со стенкой скважины, показывает основные закономерности этого взаимодействия и дает численную оценку сил трения и нагрузки на крюке в конкретных случаях.

1 Сила трения

Д ля начала, рассмотрим простейшую модель колонны в виде однородного стержня на наклонном прямолинейном участке скважины (рис. 1). Наклон участка будет определяться зенитным углом α. Взаимодействие колонны с поверхностью скважины обусловлено прижимающей силой, которая зависит от собственного веса колонны и равна . Для того чтобы колонна находилась в равновесии необходимо выделить еще две силы: осевую составляющую веса и силу трения , которая удерживает колонну на наклонном участке. По закону Амонтона – Кулона сила трения равна произведению коэффициента трения на силу нормальной реакции [9], причем мы не учитываем «адгезионную составляющую» сил трения и прочих сил, не зависящих от нормальной нагрузки. Тогда можно записать условие предельного равновесия:

, (1)

где – коэффициент трения,

– предельный угол.

Рисунок 1 – силы, действующие на модель колонны

Между горизонтальной и наклонной плоскостью образуется угол , который называется углом трения [7]. Из рисунка видно, что две плоскости образуют прямоугольный треугольник с известным острым углом , тогда . Коэффициент трения характеризуется соприкосновением металла труб с горной породой и находится в пределах от 0,2 (песчаная глина) до 0,4 (гранит) [3].

Отсюда (2)

А это значит, что до данных зенитных углов наклонного прямолинейного участка колонна будет опускаться в скважину под действием собственно веса.