4 Расчет максимальной нагрузки на буровом крюке при подъеме бурильной колонны

4.1 Методика вниибт

4.1.1 Расчет четырехинтервального профиля (рис. 4.г). Рассмотрим методику расчета [5, 8] на примере четырехинтервального профиля.

Общее усилие на крюке (Р) складывается из усилий, требующихся для подъема из скважины различных участков бурильной колонны. Рассмотрим эти усилия отдельно.

4.1.2 Нижняя часть бурильной колонны находится в скважине под углом (рис. 10). Усилие в точке «а» складывается из продольной составляющей веса в жидкости нижней части колонны и силы трения. Величина Q включает в себя вес долота, турбобура и УБТ.

В точке «а» усилие равно:

где: - коэффициент трения на рассматриваемом участке.

Предполагаем, что подъем тяжелого низа осуществляется с помощью гибкой невесомой колонны. В точке «б» усилие возрастает, так как направление силы не совпадает с направлением силы , и появляется сила, прижимающая колонну труб к стенке скважины. За счет этого появ­ляется дополнительная сила трения. Усилие определяется по формуле:

В точке «б» усилие остается равным величине , а в точке «г» оно возрастает за счет дополнительной силы трения на участке набора и выражается формулой:

Таким образом, для подъема низа колонны из скважины рассмотрен­ного профиля требуется усилие

Окончательно имеем:

Рис. 10 К расчету усилия при подъеме нижней части бурильной колонны:

1 - долото; 2 - турбобур; 3 - УБТ

где: - вес нижней части колонны в воздухе, Н;

Ориентировочно можно принять

4.1.3 Усилие на крюке при подъеме части колонны, расположенной на участке свободного уменьшения зенитного угла равно:

где: - угол трения;

- вес единицы длины бурильных труб на участке уменьшения , Н/м;

- удельный вес материала труб, Н/м³.

4.1.4 Усилие на крюке при подъеме из скважины части колонны, расположенной на прямолинейно-наклонном участке, рассчитывается по формуле:

где: - соответственно, удельный вес материала труб и вес единицы длины бурильной колонны на рассматриваемом участке, Н/м³; Н/м;

4.1.5 Усилие, необходимое для подъема части колонны, расположенной на участке набора зенитного угла, можно найти по формуле:

Радиус кривизны на участке набора а (втором) найдем по формуле:

где: - длина участка, м.

4.1.6 Усилие при подъеме части колонны, расположенной в вертикальном участке, равно ее весу в жидкости:

где: - длина вертикального участка, м.

4.1.7 Общее усилие на крюке при подъеме всей колонны из скважины составляет:

4.2 Расчеты усилия на крюке при подъеме колонны из скважины произвольного профиля

По изложенной методике можно рассчитывать усилие на крюке при подъеме колонны из скважины, имеющей различное количество участков (рис. 4).

4.2.1 Расчет усилий Р в случае профиля, показанного на рисунке рис. 4.а.

Расчет ведется по формулам (44) - (47) при .Усилие рассчитывается по формулам (49) - (50); вычисляется по формулам (51) и (53).

4.2.2 Расчет усилий Р в случае профиля, показанного на рис. 4.б. Отличие в расчете от рассмотренного четырехинтервального профиля состоит в том, что .

4.2.3 Расчет усилий Р в случае профиля, показанного на рис. 4.в. При расчете величины коэффициент . Кроме того .

4.2.4 Расчет усилия Р в случае профиля, показанного на рис. 4.д. При расчете величины в вес нижней части колонны необходимо включить вес части бурильной колонны, находящейся в вертикальном (пятом) участке, а также принять .

В остальном расчет аналогичен расчету профиля, показанного на рис. 4.г.

4.2.5 Расчет усилий Р в случае профиля, показанного на рис. 4,. е. Отличие от расчета, рассмотренного в п. 3.2.4, заключается в том, что .