книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие

= 3 м и вертикаль вниз до луча Z2 = 3 м. Затем' по горизонтали

проводим линию до пересечения с лучом суммы плеч компоновки

Следовательно, для спуска компоновки в ненапряженном состоянии необходимо иметь кондуктор с внутренним диаметром не менее 303,1 мм. Поэтому внутренний диаметр кондуктора выбран правильно.

Задача 250. Определить угол изгиба кривого переводника, если наибольшая длина переводника 42 см; наименьшая длина перевод­ ника 41,3 см; диаметр переводника 180 мм.

Решение. Угол изгиба переводника определяется по формуле

где а — наибольшая длина переводника в См; Ъ — наименьшая длина переводника в см; а — диаметр переводника в см.

Задача 251. Определить угол изгиба кривого переводника, если диаметр турбобура 8 "; диаметр долота 243 мм; диаметр УБТ 178 мм; темп набора искривления ствола скважины через 10 м про­

ходки 0° 25'.

Решение. По данным табл. 83 находим, что угол изгиба кривого переводника составляет 1 ° 00'.

Задача 252. Определить угол изгиба кривого переводника при сле­ дующих условиях: турбобур Т12МЗ-10"1; диаметр долота 295 мм; диаметр УБТ 178 мм; плотность глинистого раствора 1,2 т/м3; угол искривления ствола скважины 30°; угол установки отклонителя 0°; приращение угла искривления ствола скважины через 10 м проходки 0° 20'.

Решение. Угол изгиба кривого переводника определяется по фор­ муле [71]

где Ла10 — приращение угла искривления ствола скважины через 10 м проходки в градусах; b — расстояние от места изгиба кривого

переводника до режущей кромки долота в м (длина турбобура и до­ лота, см. табл. 3 и 49 приложения); Q — вес турбобура и долота

вкг (см. табл. 3 и 49 приложения); qy — вес 1 м утяжеленных бу­ рильных труб в кг (см. табл. 10 приложения); £)д — диаметр долота

вмм; dT — диаметр турбобура в мм (см. табл. 49 приложения);

420

а — угол искривления ствола скважины в градусах. Тогда

v„ r = « 3 i ( 9,6 + 2 / Ш ^ ) +[ ( i ! = g l ) + ( 1 - Т & ) X

Угол изгиба кривого переводника можно также определить по данным табл. 83. уизг = 1° 30'.

Задача 253. Определить угол изгиба кривого переводника гра­ фическим способом при следующих условиях: радиус искривления скважины 500 м; сумма длин плеч Zx + Z2= 13 м; диаметр долота

295 мм; диаметр УБТ 203 мм; длина турбобура и долота 9,5 м. Решение. Пользуемся номограммой рис. 72. По шкале L = l1Jr l 2

на оси абсцисс от отметки Лм = 500 м восстанавливаем перпендику­ ляр до пересечения с лучом L —Zx-{-Z2= 13 м и проводим горизон-

этой точки восстанавливаем перпендикуляр до встречи с горизонталью,

и интенсивность искривления при следующих условиях: диаметр долота 295 мм; турбобур Т12МЗ-10"1К; кривой переводник с углом изгиба 2,5°; диаметр кривого переводника и УБТ 203 мм.

кривого переводника в градусах; уизг — угол изгиба кривого пере­ водника в градусах.

Р = ardg — ^ »

421

где Da — диаметр долота в мм; dT — диаметр турбобура в мм (см. табл. 49 приложения).

р=агс^^!У^=0°16'-

Тогда

4350 + 3000

Я = '2 sin (2,59 — 0,267°) • = 94 200 мм = 94 м.

Интенсивность искривления скважины определяется по формуле

Определяем проходимость компоновки. Находим величину с

Проходимость напряженной компоновки абсолютно жесткой (не­ гибкой) с короткими плечами и большими диаметрами определяется по формуле

DK вн ^ dT+ с = 255 + 85,2 = 340,2 мм.

Поэтому условно необходимо иметь кондуктор из труб диаметром 377 мм, так как их внутренний диаметр больше 340,2 мм.

Задача 255. Определить темп набора угла искривления ствола скважины при применении кривого переводника, если диаметр долота 295 мм; турбобур Т12МЗ-10"1; угол изгиба кривого переводника 2°.

Решение. Темп набора угла искривления ствола скважины опре­ деляется по формуле

где Da — диаметр долота вм; ф — диаметр турбобура в м; 1Т— длина турбобура в м (см. табл. 3 и 49 приложения).

Тогда

Задача 256. Определить интервал набора искривления ствола скважины, если суммарный максимально необходимый угол искри­ вления 20°; темп набора угла искривления 0,5°.

Задача 257. Определить длину участка набора кривизны наклонно-направленной скважины, которая должна быть про­ бурена по трехинтервальному профилю плоскостного типа, если угол искривления ствола 20°, диаметр обсадной колонны 219 мм. При спуске обсадной колонны в скважину в трубах должны возникать напряжения изгиба не более 250 кгс/см2.

422

Решение. Длина дуги (участка набора кривизны) определяется по формуле

D E n а

ОизгЗбО

где D — диаметр обсадной колонны в см; Е — модуль Юнга в кгс/см2; а — угол искривления ствола скважины в градусах; сгизг — макси­ мальные напряжения изгиба в кгс/см2.

Тогда

1 = 21,9' 2,1 - Ю » - 3 . 1 4 - 2 0 = 3 2 о о о см = 320 м.

250 • 360

Задача 258. Определить интервал бурения при использовании кривого переводника, если приращение угла искривления на 10 м

проходки 1,5°; угол наклона ствола скважины 12°, а азимут нужно изменить на 40°.

Решение. Интервал бурения при изменении азимута опреде­ ляется по формуле

где фп — угол между фактическим и необходимым направлениями стволов в пространстве; Да1о — угол приращения искривления ствола скважины.

где фр — угол изменения азимута (разность азимутов фактического

г = 4 4 - 10 = 54> м-

1,0

Определение длины УБТ, устанавливаемых над кривым переводником

Задача 259. Определить длину утяжеленных бурильных труб, устанавливаемых над кривым переводником, если компоновка со­ стоит из турбобура Т12МЗ-10" 1 м; УБТ диаметром 178 мм.

Решение. Длина УБТ определяется по формуле

где Q — вес турбобура и долота в кг (см. табл. 3 и 49 приложения); b — расстояние от места изгиба кривого переводника до режущей

423

кромки долота вм; ду — вес 1 м утяжеленных бурильных труб в кг (см. табл. 10 приложения).

Тогда

Определение дополнительных усилий, возникающих при наклонно-направленном бурении

При спуске и подъеме забойных двигателей через искривленные участки ствола скважины возникают дополнительные усилия, кото­ рые не должны заметно влиять на спуско-подъемные операции. Кроме того, в инструменте, работающем на искривленном участке ствола, не должны возникать напряжения, превосходящие предел -текучести.

При спуске турбобура через искривленные участки ствола сква­ жины напряжения, возникающие в корпусе турбобура, не должны превышать предела текучести. В табл. 86 приведены значения ра­

диусов искривления ствола скважины, вычисленных, исходя из этих условий.

Т а б л и ц а 86

Турбобур

Обсадные трубы, спускаемые в наклонно-направленные сква­ жины, необходимо проверять на максимальные напряжения изгиба.

При бурении скважин турбинным способом бурильная колонна воспринимает реактивный момент, равный по величине активному моменту, развиваемому на валу турбобура. Под действием реактив­ ного крутящего момента колонна бурильных труб закручивается. Поэтому необходимо определять максимальный угол закручивания колонны бурильных труб. Практически принимается величина угла закручивания 3—5° на каждые 100 м длины 168-мм и 146-мм буриль­ ных труб.

Задача 260. Определить дополнительные усилия, необходимые для спуска турбобура Т12МЗ-8"1 через искривленный участок ствола скважины диаметром 243 мм, если радиус искривления ствола составляет 300 м.

424

Решение. Величина дополнительных усилий может быть опреде­ лена по формуле

где р, — коэффициент трения металла о породу, принимается рав­ ным 0,2 (см. табл. 50 приложения); Е — модуль Юнга в кгс/см2

(2,1-10е); / — момент инерции турбобура в см4, I = 0,049^; R — радиус искривления ствола скважины в см; D0 = DCKB — dT; Z)CKB —

q l, m

2000

1500

woo

5 0 0

Рис. 74. Зависимость между радиусом искривления ствола скважины и дополни­ тельными усилиями, необходимыми для пропуска забойных двигателей через

искривленные участки ствола скважины.

Первая цифра на кривых указывает условный размер турбобура, вторая — номер долота. Пунктирной линией показана зависимость между радиусами искривле­ ния ствола и минимальной длиной забойного двигателя.

зависимости между радиусом искривления ствола и дополнитель­ ными усилиями, необходимыми для пропуска забойных двигателей через искривленные участки ствола скважины.

Задача 261. Определить осевое усилие, необходимое для подъема колонны диаметром 140 мм и толщиной стенки 9 мм из искривлен­ ного участка ствола скважины, если радиус искривления ствола 400 м; плотность глинистого раствора 1,18 т/м3; угол обхвата 45°; угол наклона ствола в начале рассматриваемого участка 25°; осевое усилие в начале участка 10 тс.

425

в начале рассматриваемого участка, в тс; Рк — осевое усилие для подъема колонны, прикладываемое в конце рассматриваемого уча­ стка, в тс; р, — коэффициент трения металла о породу (см. табл. 50

в начале рассматриваемого участка; у — угол трения;

у = arctgp = arctg 0,3 = 16° 42'.

Тогда

Здесь 0,785 — перевод 45° в радианы (см. табл. 51 приложения); ео,2з — см_ та5д 52 приложения.

Задача 262. Определить величину нагрузки на крюке при подъеме колонны, если наклонно-направленная скважина пробурена по трехинтервальному профилю плоскостного типа. Величина вер­ тикального участка 150 м; радиус искривления ствола 500 м; длина прямолинейного наклонного участка 1200 м; диаметр бурильной

колонны 146 мм; толщина стенки труб 9 мм; удельный вес глини­ стого раствора 1,4тс/м3; угол обхвата 45°;. вес долота, турбобура и УБТ 4 т.

Решение. Осевое усилие, необходимое для подъема колонны, определяется по формуле

Рк= (Рн + qL) К 1-\- qRKz -{- qH

где Рк — осевое усилие для подъема колонны, прикладываемое

426

L — длина прямолинейного наклонного участка в м; R — радиус искривления ствола; Н — величина вертикального участка в м; К г, К 2 — коэффициенты, определяемые по формулам

Кх= (cos / + р sin f)

К 2 — [sin (/ + 2у) e^f — sin 2у].

Рис. 75. Номограмма для определения на­ грузки на крюке при подъеме инструмента из наклонной скважины.

у= arctg р — arctg 0,3 = 16° 42'.

Кх= (cos 45° + 0,3 sin 45°) е°.3‘ = (0,707 + 0,3 • 0,707) е0-2355 = 1,16.

Здесь 0,785 — перевод 45° в радианы (см. табл. 51 приложения); е of23 — см. та5л 52 приложения

К 2= [sin (45° + 2*16° 42') е°.3• o.tss _ sin 2 .16° 42'] =0,685.

Эти коэффициенты можно также выбрать по следующей номо­ грамме (рис. 75).

427

Тогда

Рк= (4 + 0,03 • 1200) 1,16 + 0,03 • 500 •0,685 + 0,03. 150 = 61,3 т.

Задача 263. Определить нагрузку на крюке при спуске обсадной колонны диаметром 219 мм с толщиной стенки 9 мм в скважину на глубину 1800 м при отклонении ствола скважины от вертикали

а = 20°.

Решение. Вес 219-мм обсадной колонны составит

Qo = Н Jq- <?м!

где q0 — теоретический вес 1 м трубы в кг (см. табл. 50); L — глу­ бина спуска колонны; qM— вес муфты в кг (см. табл. 50).

где р — коэффициент трения металла труб о пород-у, равный 0,25 (см. табл. 50 приложения).

Тогда

QKf = 86 800 cos 20е (1 - 0,25 tg 20°) = 86 800.0,94 (1 - 0,25 •0,364) =

= 73 780 кгс = 73,78 тс.

Задача 264. Определить нагрузку на крюке при спуске 146-мм обсадной колонны с толщиной стенки 10 мм в скважину на глубину

2500 м, если отклонение ствола скважины от вертикали соста­ вляет 25°.

Решение. Решение аналогично задаче 263. Вес 146-мм обсадной колонны составит

<20= 33,5.2500 + - ^ р 8 = 85 750 кг = 85,75 т.

Задача 265. Определить максимальные местные напряжения при спуске 146-мм обсадной колонны в ствол скважины, изогнутый по дуге окружности радиусом 70 м.

Решение. Максимальные местные напряжения определяются по формуле

DE

428

где D — наружный диаметр трубы в см; Е — модуль Юнга в кгс/см2; R — радиус искривления ствола в см; ак — коэффициент концентра­ ции напряжений, ак принимается равным 1,7—3.

Тогда

<ТМ= ^ ’в'тооо106 '2’5= ;5470 кгс/см2= 54,7 кгс/мм2,

что близко к пределу прочности труб, изготовленных из стали группы прочности С (табл. 87).

Для стали группы прочности Д запас прочности составит 1,19, а для стали группы прочности К 1,28.

Задача 266. Рассчитать ориентировочно возможный радиус искри­ вления ствола, в который может быть спущена колонна обсадных труб диаметром 146 мм, изготовленных из сталей разных групп прочности.

Решение: Радиус искривления ствола скважины определяется по формуле

где D — наружный диаметр трубы в см; Е — модуль Юнга в кгс/см2; от — предел текучести материала труб в кгс/см2 (табл. 88).

К— коэффициент запаса прочности, принимается равным 1,2—1,5. Тогда для стали группы прочности С

Задача 267. Определить угол закручивания бурильной колонны от действия реактивного момента турбобура, если длина колонны

429