книги из ГПНТБ / Михайлова, Н. Д. Практические расчеты при колонковом бурении учеб. пособие

d f

»

(69)

GHjr = 1000 —

I = -^ -~ /о,5z + Уо,25гг +

'

,

(70)

где си

-

угловая

скорость вращения колонны,

1/сек, ш =отп/зо

(здесь

п

- число

оборотов колонны в минуту); г

- расстоя­

ние от рассматриваемого сечения до нейтрального,

в

котором

цательная) ,

м;

7 - экваториальный момент инерции поперечно­

го сечения

тела

трубы, см4 ,

7 = 5Г/б4 ( d

1* - d f ) ,

q -

вес

1 см трубы,

кг.

Если

определенное

по формуле

(70)

значение I

окажется

несколько

больше расстояния между бурильными

замками

I^

,

длину полуволны равной

; если

К і у то

в формулу (69)

подставляется расчетное

значение

I

. При

I = І^в формуле для

определения стрелы прогиба следует

вести расчет при значении

cpej = У°с

+

' ,

(71)

где с с т напряжение сжатия,

кг/см2 ; Т

- касательные напря­

жения кручения, определяемые

по формуле

(65,).

(72)

где

Qc

- вес труб, создавшие осевую нагрузку, кг, Qc= V q •

F

-

площадь поперечного сечения трубы, сіг .

-Рк3 d

CK

>

(73)

d ' - d f

где DK- диаметр керна,

см; d

-

наружный диаметр бурильных

труб, см; d 1 -

внутренний диаметр бурильных' труб, см;

TCK -

сопротивление

породы скалыванию,

т ск= (і/М -г- 1/15)бсх,здесь

бсжпрочность породы на сжатие

(табл.50).

Задаваясь

значением [ т ] ,

можно определить предельный

диаметр верна для данных труб:

-

dt)

к V V*

см .

(74)

Допускаемая величина [Т]

может быть принята равной 0,75 [б]

[см.формулу (66)]

[ЗЗ] .

П р и м е р

1.

Проверить на прочность бурильную колонну, составленную

из труб диаметром 50 мм,

8 = 5,5

т и утяжеленных труб диа­

76 мм,

коронка алмазная. Режим бурения Р = 980 к г;

п = 288

об/мин,

промывочная жидкость - вода. Материал труб -

сталь мар­

ки 36Г2С.

Р е ш е н и е ,

1.

Определяем напряжения, действующе в

верхнем

сечении. Длина сжатой части (64)

составит

980

Ч -

0,9

Ш

■= 40 м

(1 -

4,5

7,85

Средний вес

1 м колонны бурильных труб находим по форму­

ле (61)

на основании данных табл.37,/38 и 39:

6 ^ 4 ^+0,96

1460+1,7-150+7-79

Î

=

_____ Ід5_______________________

= 6,82 Кг/м .

1460

N

= .3 iQ4-.-+-.38t8

~

50

квт .

0,85

Момент сопротивления труб при кручении

- Ж

= 2 - .

) =

15

5

см3 _ ■

Ï6

5

Касательные напряжения по формуле (65) равны

Т

= ?А5?0.-і Ж

л А і 38 = іодо

кг/см2 .

15,5

•

288

(62)]

(JГС3 =]/і2702 + 4-10902

= ЗОЮ кг/см2 .

Допустимое напряжение определится из выражения (66) при

[<э] = 5000 = зззо

кг/ сы2

(

1,5

Таким образом, [б]'> 6pej. следовательно

трубы работают с до­

статочным запасом прочности.

а)

Определяем для нижнего

сечения:

f

= АД:.7,!8-? .»3. =

0,503

см ;

2

У = A L

(7,34-6,554) = 46,8 см4 ; ш

■?.’-2.8.8- = 30,2 1/сек;

64

30

-А2_ ]/-0,5-40+|/),25.402+

0 .2 -4 6,8 -30ь22 _ 6 ,17 м .

30,2

V

1

6

,4 -1 0 ^

G

= ЮрО'Ал3 ' 8^ .

_ 96

кг/см2

иаг

б,і7^

,4Q '■

------- = 155 кг/см2 .

Gc 0,785*(7,32 -

6,552)

W• := 5 L

*

L7 , 3 f . - , 6 , 5 5 4 ). =

2 7

CN;3

.

Результирующее напряжение

Ѳпр,=

1552 + 4 *56,82

= 192,5 кг/см2 .

Для определения коэффициента запаса, рассчитаем козффицента js

= 0,35*70+

12,2 = 36,7

кг/мм2 ; G„ = 1,5

• G-,=

55,5

о

кг,'/мм2 ;

2 • 36.7 - 55.5

0,322

ß> =

55,5

Коэффициент

запаса

п

3670

= 23

=

96 + 0,322

. 192,5

Таким образом, колонковая и утяжеленные трубы работают с

очень большим запасом прочности.

б)

Определим напряжения,

возникающие в бурильной трубе,

расположенной над утяжеленными трубами.

Напряжение растяжения

6Р

40*31,2 ( 1 - 7 ^ 5 - )

*

0,785 (5,0^

= 143 кг/см2

- 3,92)

Мощность, расходуемая при бурении для данного сечения,

ЛГХВ=

5,35 •

10"9*2882 ' 4 *

401*25 = 0,425

квт .

-WpaW = 3.84

КВТ

N,об

_ 0.425

+ 3.84

_ с

квт

0,85

Касательные

напряжения составят:

% _ 71620J5•_!,36 _ ^gg

Kr/ CJJ2.

f

_ ■ M - 'W .Q

68 CM:

288

-15,5

2

7

= J L (54 -

3,94) = 19,2

CM4

;

64

I = 1 0 _ i / o ^ 1 9 ^ 2 ;3 0 [ £

= 4 96 M _

30,2

V

6 ,8 2 -1 0 ^

=

1000

• 5,0

♦

1.68

= 340 кг/сы2 .

H)r

4,962

Результирующее напряжение

Gpej =

1432

+ 4

•

1092

=

261

кг/см2 .

Коэффициента запаса

_

3670_______ _

8,6

»

1,3 .

340 + 0,322

• 261

М о щ н о с т ь

н а

р а з р у ш е н и е

п о р о ­

д а .

Существующие в

настоящее время зависимости для опреде­

РОГ Вер п

кг-мм/сек

(76)

60

где Р

- осевая нагрузка на коронку,

кг; Вср - средний диа­

метр коронки, мм, Dcp = (В, + В2

) :

2

(здесь В, и Вг -

наруж­

ный и внутренний диаметры коронки по резцам, мм); п

- ско­

рость вращения коронки, об/мин;

/л

-

коэффициент трения рез­

цов коронки о породу забоя.

Формулу (76) можно представить в упрощенном виде:

ІГра}р=

0,513-ІО '6 P - Dcpn (0,137+fil)

, квт

(77)

Яраір ~

2 ' і 0 ' 7- P D cpn ,

к*т-

(78)

Обозначения те же, что и в формуле (76). Коэффициент тре­

ния

ja.

принят равным 0,384 [20].

3. При дробовом бурении

[20]

°-64

кит,

(79)

где q - удельное давление на

забой,

кг/ьш2 ;

средний диа-

метр коронки, мм;

Т а б л и ц а

48

Коэффициент трения для различных горных пород

Горная порода

Поверхность

горной

породы

сухая

смоченная

водой

смоченная гли­

нистым

раствором

Глина

пластичная

0,14

-

0,18

0,08

-

0,12

0,03

-

0,00

Глина

песчаная

0,25

-

0,28

,

0,20

-

0,28

0,18

-

0,22

Глинистый сланец

ОДО -

0,26

0,15

-

0,20

0,11

-

0,13

Мергель

0,20 -

0,27

0,18

-

0,25

0,20 -

0Д4

Известняк

0,35

-

0,40

0,33

-

0,38

0,31

-

0,35

Доломит

0,31

-

0,40

0,24

-

0,35

0,34

-

0,88

Ангидрит

-

0,38

-

0,46

0,37

-

0,40

Песчаник, слабо сцемен­

0,32

-

0,42

0Д7 -

0,40

0Д5

-

0,35

тированный с остроконеч-

ными

зернами

Песчаник,

слабо сцемен­

0,20.-Ч ),30

-

0,17

-

0,25

тированный с окатанны-

0,22

-

0,34

мн зернами

Песчаник

крепкий

0,43

-

0,48

0,43

-

0,43

0,40

-

0,43

Граниты

0,30

-

0,40

Кварциты

железистые

0,36 -

0,46

:

Кварц

0,30

0,20

.

дывается из большого числа

компонёнтов, а именно: ^

- мощ­

ности на разрушение породы

при перекатывании шарошек;

Мг ~

К,

- мощности на вертикальные перемещения системы вследст­

вие

зубчатой поверхности шарошек; !\\ ~ мощности на преодоле­

нии шарошек; Ns - мощности на преодоление

трения долота о

стенки

скважины.

Таким образом, мощность, потребная для работы шарошечно­

го долота,

может быть подсчитана по формуле

^ Р = Т

^ + М + **+^

'

(80)

где г)

-

коэффициент,

учитывающий потери

мощности в опорах

ды [27]. Для долот

с опорами качения ч] = 0,98

+ 0,96,

с опо­

рами скольжения ц

= 0,85

+ 0,30. К моменту подъема долота і]

снижается до 0,45 + 0,35 и ниже.

Для практических расчетов формулу (80) упрощают:

оце­

нивают в виде

части

от

, принимая N2~ 0 ,

8 .

Мощность

на трение о стенки при бурении вертикальных скважин

N5 оце­

нивают в виде части мощности

щ , принимая N5

= 0 ,2

N.^ .

Тогда формула

(80)

принимает вид

Лразр = - f

U

+ rç + zrç)

•

На основании теоретических и экспериментальных данных

составлявдие мощности можно представить в виде [27,

11 ]

JV, = 4,6 •

ІО“8 Р п / г

. квт

;

(81)

Щ =2,52.ІО“7 P n m z (d^ - - | Л ) 8ІІІІ м '

*B* Î

(82)

Д, =■ 1,28* 10~7 /х т\г Пк%Р n , квт

,

(83)