4.7.2. Проектирование компоновки низа бурильной колонны

О составе КНБК и выполняемых каждым из ее элементов функциях было сказано выше, в п.4.1. Поэтому здесь приводится лишь описание методики проектирования КНБК.

Проектирование КНБК ведется в следующей последовательности.

Выбирается тип УБТ. При бурении без постоянного вращения колонны используются горячекатаные УБТ, а с постоянным вращением УБТС. В общем случае утяжеленный низ состоит из нескольких ступеней УБТ с диаметрами, уменьшающимися в направлении снизу вверх. Здесь и в дальнейшем секцию УБТ будем считать нулевой секцией бурильной колонны и снабдим индексом «ноль», вторым индексом будем обозначать номер ступени УБТ внутри секции, причем нумерацию будем вести снизу вверх.

Нижняя ступень, называемая основной, предназначена для обеспечения главной части нагрузки на долото и должна иметь максимальную массу погонного метра, что достигается при наибольшей площади сечения труб по телу, а при заданной площади канала – при их наибольшем наружном диаметре.D₀ Последний выбирается из условия обеспечения минимально необходимого зазора между трубами и стенкой скважины с диаметром

.=10 мм. (4.57)

Диаметр скважины следует определять с учетом уширения ствола скважины:

, (4.58)

где D_д – диаметр долота (или расширителя);

коэффициент уширения ствола, который принимается в зависимости от твердости (коррелирующей с устойчивостью) пород: 1.03-1.05 –для твердых пород; 1.06 – 1.08 –для пород

средней твердости и 1.09 – 1.12 – для мягких пород.

Диаметр основной ступени УБТ выбирается в зависимости от диаметра долота

согласно условию [15]: , (4.59)

где – понижающий коэффициент, выбираемый согласно табл. 4.15.

Таблица 4.15 - Значения понижающего коэффициента

Диаметр долота	Условия бурения
	нормальные	осложненные
не более 295,3 мм
более 295,3 мм

При бурении забойными двигателями наружный диаметр УБТ основной ступени должен быть не больше диаметра забойного двигателя D_зд: .

Допускается использовать приближенные соотношения диаметров долот и УБТ, полученные из практики бурения, которые приведены, например, в табл. 3 [3].

Для беспрепятственного спуска в скважину изгибная жесткость УБТ основной ступени должна быть не ниже таковой обсадной колонны, под которую ведется бурение, т.е.= =, (4.60)

Поскольку =,то из (4.60) получаем соотношение между наружными диаметрами УБТ основной ступени и обсадных труб D_ок

, (4.61)

где d₀₁ –внутренний диаметры УБТ основной ступени;

Для обеспечения плавного перехода по жесткости от УБТ к бурильным трубам

должно выполняться соотношение , (4.62)

где - наружный диаметр бурильных труб.

Если это соотношение не выполняется, то компоновка УБТ будет ступенчатая.

Последующие ступени называются переходными, или промежуточными. Их количество п определяется из условия, что диаметр предыдущей ступени не более чем на одну треть больше диаметра последующей ступени. Соответственно диаметр последней ступени , примыкающей к СБТ, должен быть не более чем на одну треть больше диаметра СБТ [3]. В этом случае диаметры СБТ и УБТ должны удовлетворять следующему соотношению:

(4.63)

Если секция УБТ состоит из 2-х ступеней, что и имеет место в большинстве случаев,

то (4.63) запишется в виде (4.64)

Определяются длины ступеней УБТ. Длины промежуточных ступеней выбираются конструктивно. В зависимости от типа УБТ ступени могут состоять из 2- 4 труб. Для удобства работы (установки свечей за палец вышки) рекомендуется составлять свечи из УБТ одного и того же размера, но допускается свеча, составленная из УБТ двух смежных диаметров. Ориентировочная длина основной ступени утяжеленного низа при бурении забойными двигателями вычисляется по формуле

, (4.65)

где - осевая нагрузка на долото;

k_н– коэффициент запаса нагрузки на долото. При бурении без постоянного вращения труб принимается с постоянным вращением[3];

-– коэффициент, учитывающий влияние зенитного угла и сил трения, вычисляется по

формуле , (4.66)

где – зенитный угол в интервале расположения КНБК в процессе бурения.

Если в рассматриваемом интервале изменяется, то берется его среднее значение, равное полусумме начала и конца расположения КНБК. Поскольку длина основной ступени

УБТ пока неизвестна, то значение определяется итеративным методом. С учетом динамичности процесса коэффициентпри бурении без вращения труб можно принять на 20 %,[12,15], а с постоянным вращением труб на 35-40% ниже в сравнении с его базовым значениями.Средние значения для некоторых горных пород в зависимости от литологии и состояния поверхности пород, заимствованные из [3, табл. 2.3].приведены в табл. 4.16. Значения выбираются поинтервально, по преобладающей в данном интервале горной

Таблица 4.16 – Базовые значения коэффициента трения бурильных труб о горные породы

Горная порода	Поверхность пород
	сухая	смоченная	покрытая глинистым раствором
Глина жирная Глина песчаная Глинистый сланец Мергель Известняк Доломит Ангидрит Песчаник слабосцементированный с остроконечными зернами Песчаник слабосцементированный с окатанными зернами Песчаник крепкий Кварцит Гранит Каменный уголь	0,13÷0,17 0,24÷0,27 0,20÷0,25 0,20÷0,26 0,33÷0,38 0,36÷0,40 0,30÷0,40 0,21÷0,32 0,41÷0,46 0,44÷0,46 0,45÷0,53 0,36÷0,40	0,08÷0,11 0,20÷0,25 0,15÷0,20 0,17÷0,24 0,32÷0,36 0,34÷0,38 0,37÷0,43 0,26÷0,38 0,20÷0,29 0,41÷0,43 0,46÷0,48 0,44÷0,51 0,31÷0,34	0,06÷0,09 0,17÷0,21 0,10÷0,12 0,19÷0,23 0,30÷0,33 0,32÷0.36 0,35÷0,38 0,23÷0.33 0,17÷0,24 0.38÷0,41 0,40÷0,42 0,43÷0,48 0,29÷0,32

породе, либо с учетом степени присутствия каждого вида пород.

При вращении труб над забоем можно принять , а для участков бурильной колонны, расположенных в обсадной колонне, в зависимости от смазывающих свойств бурового раствора.

и – массы и длины погонного метра УБТ переходных ступеней;

– масса забойного двигателя.

Определяется количество труб основной ступени n. Приближенное количество труб

будет равно , (4.67)

где – длина одной трубы, равная 12м для горячекатаных УБТ и 6 м для УБТС.

Количество труб округляется до ближайшего целочисленного значения с таким расчетом, чтобы получить целое число утяжеленных бурильных свечей n₀₁, и уточняется

длина УБТ основной ступени: . (4.68)

Определяется общая длина .и весКНБК.

При роторном бурении: ; (4.69)

, (4.70)

а также осевые составляющие веса КНБК с учетом плавучести и сил трения

. (4.71)

При бурении забойными двигателями:

; (4.72)

; (4.73)

, (4.74)

где –длина забойного двигателя.

Длина колонны СБТ L₁ определяется как разность длины ствола скважины за вычетом длины КНБК _(4.75)