4.5. Принципы расчета бурильной колонны при роторном бурении и при бурении с забойными двигателями.

При роторном способе бурения колонна рассчитывается раздельно на статическую и усталостную прочность.

Статические расчеты прочности колонны производятся по 4-й теории прочности по формуле

,

где _э – эквивалентное напряжение;

_р – напряжение растяжения от собственного веса колонны и перепада давления на долоте, максимальное его значение в верхней части колонны;

_игз – напряжение от изгиба колонны на искривленных участках профиля скважины и под действием центробежных сил, возникающих при вращении колонны;

 - касательные напряжения от крутящего момента, передаваемого от ротора через ведущую трубу, максимальное значение их в верхней части колонны;

   - допускаемое напряжение;

_т – предел текучести материала бурильных труб;

n – запас прочности, n = 1,5.

Расчет усталостной прочности бурильной колонны производится на действие следующих нагрузок: постоянных нормальных напряжений от растяжения, постоянных касательных напряжений от кручения и переменных во времени нормальных напряжений от изгиба. Расчетное значение коэффициента запаса прочности определяется по формуле

,

где n_ - запас прочности в предположении, что касательные напряжения отсутствуют,

,

где _-1 – предел выносливости труб при симметричном цикле нагружения изгибающим и крутящим моментами;

_в – предел прочности;

_а – амплитуда переменных напряжений изгиба;

_m – среднее постоянное напряжение.

В расчетах принимаются _а= _{и max} – максимальному напряжению от изгиба колонны, _m=_р – напряжению от растяжения колонны;

n_ - запас прочности в предположении, что нормальные напряжения отсутствуют,

.

Нормативный коэффициент запаса прочности по усталости бурильной колонны равен 1,5..

При бурении забойными двигателями бурильная колонна рассчитывается только при действии растягивающей нагрузки от собственного веса с учетом веса забойного двигателя и гидравлической нагрузки при циркуляции жидкости, которые максимальны в верхнем сечении. Нормативный коэффициент запаса прочности при бурении забойными двигателями n=1,4.

Лекция 5

5. Режим бурения

5.1. Понятие о режиме бурения, его параметрах и показателях работы долота

Эффективность разрушения горных пород при бурении скважины зависит от комплекса факторов: осевой нагрузки на долото G, частоты вращения n, расхода промывочной жидкости Q и параметров бурового раствора , Т, В (плотность, вязкость, водоотдача), типа долота, геологических условий и механических свойств горных пород.

Выделяются параметры режима бурения (G, n Q, , Т, В), которые можно изменять в процессе бурения и факторы, заложенные в стадии проектирования скважины, не поддающиеся оперативному изменению.

Определенное сочетание управляемых факторов, при которых ведется бурение, называется режимом бурения.

Об эффективности работы долот судят по следующим показателям: проходке на долото h; механической V_м и рейсовой V_р скорости проходки и эксплуатационным затратам на 1м проходки (С_э).

, ,

где h_р – проходка за рейс, м;

t_м – время на механическое разрушение породы в течение данного рейса, час.

, ,

где t_сп – время на спуск нового и подъем изношенного долота,

t_в – время на подготовительно-заключительные и вспомогательные работы в течение рейса (наращивание бурильной колонны, проработка призабойного участка новым долотом, промывка скважины перед подъемом изношенного).

,

где С_д – оптовая цена долота, руб.;

С_б – стоимость 1 ч работы буровой установки по затратам, зависящим от времени, руб/ч;

С_ж – затраты на промывочную жидкость, руб/ч.

Оптимальное (гармоничное) сочетание параметров режима бурения, при котором получают наиболее высокую рейсовую скорость проходки (наименьшие эксплуатационные затраты) и требуемые качественные показатели бурения, при данной технической вооруженности буровой, называется оптимальным режимом бурения.

Режимы бурения, при которых решаются задачи проводки скважины в поглощающих пластах, бурение с минимальным искривлением, отбор керна, качественное вскрытие продуктивных пластов, называются специальными.

Все параметры режима бурения взаимосвязаны. Изменение одного из них влечет и изменение всех остальных.