14. Принципы расчета бурильной колонны при бурении роторным способом. Какие нагрузки учитываются при этом расчете?

При роторном бурении бурильная колонна работает в более тяжелых условиях, чем при работе с забойным двигателем. Колонна подвергается совместному воздействию продольной нагрузки растяжения и крутящего момента, которые возрастают по мере удаления от забоя скважины, а также действию постоянного и знакопеременного изгиба и других динамических нагрузок.

Классификация нагрузок и напряжений действующих на БК

 Дополнительные переменные изгибающие нагрузки, возникающие при вращении БК

 Крутящий момент, необходимый для вращения БК в скважине и подвода мощности к долоту

 Изгибающий знакопеременный момент при вращении БК в искривленном стволе скважины

2 основных вида расчета:

1) Статический расчет

2) Расчет на выносливость

Для вертикальных скважин:

Где:

σ_р – напряжение растяжения;

τ -касательное напряжение;

Вся методика расчета на прочность остается та же, что и для вертикальных скважин.

Как показывает практика и расчеты, основную роль в формуле играет σ_р, поэтому допускается пользоваться упрощенным проверочным условием:

Для вертикальных скважин допустимая нагрузка :

Для наклонно-направленных, искривленных участков и морских платформ:

Вся остальная методика остается неизменной.

Расчет на усталостную прочность или выносливость

Он используется:

• В вертикальных скважинах для труб над УБТ

• В искривленных скважинах для всех труб, расположенных ниже точки искривления.

• Практика бурения показывает, что наиболее частой причиной аварий с бурильной колонной является усталостное разрушение металла элементов бурильной колонны. Усталость – это внезапное разрушение материала при напряжениях меньших предела прочности. Разрушение происходит в результате возникновения трещин в местах концентрации напряжений. Деталь разрушается мгновенно без видимых причин, хотя причина была – циклическое воздействие знакопеременного напряжения (пример: слом проволоки в результате нескольких ее перегибов).

• Предел выносливости (G­_-1) – это та максимальная амплитуда циклических напряжений, которую деталь может выдержать при 10⁶-10⁷ циклах нагружения. Предел выносливости определяется по справочным таблицам на основании данных натурных испытаний.

Расчет сводится к определению фактического коэффициента запаса прочности (n):

знакопеременное и знакопостоянное напряжение изгиба.

- - временный предел прочности

- - напряжение растяжения в рассматриваемом сечении

С целью предотвращения усталостного износа бурильных труб, расположенных непосредственно над УБТ, следует использовать наддолотный комплект бурильных труб, имеющих достаточно большую усталостную прочность (предел выносливости). В качестве таких труб обычно используются трубы группы прочности «Д» с максимальной толщиной стенки.

При соблюдении этой рекомендации, как показывают результаты практических расчетов, проверка на выносливость бурильных труб при бурении вертикальных скважин в промысловых условиях не обязательна, т. к. коэффициент запаса прочности заведомо получается значительно больше допустимого. Но в процессе эксплуатации следует регулярно и тщательно проверять состояние труб при помощи дефектоскопии. Если же эта рекомендация не выполняется, проверочный расчет на выносливость становится крайне важным.