Геометрические характеристики буровых труб

Условный диаметр, мм	Тол-щина стен-ки,мм	Площадь попе-речного сечения, см2		Осевой момент инерции попереч-ного се-чения трубы, см4	Осевой момент сопротивления, см3		Приведенная масса 1 м трубы (в кг)
		трубы	канала		гладкой части трубы	высажено-го конца в основной плоскости резьбы	6	8	11,5
Бурильные трубы с высаженными внутрь концами и навинченными замками
60 73 89 102 114 127 140 168	7 9 7 9 11 7 9 11 7 8 9 10 7 8 9 10 11 7 8 9 10 8 9 10 11 9 10	11,7 14,5 14,5 18,0 21,4 18,0 22,6 26,9 20,8 23,5 26,2 28,8 23,6 26,7 29,8 32,8 35,7 26,4 29,9 33,4 36,8 33,1 36,9 40,7 44,5 45,0 49,7	16,8 14,0 27,3 23,7 20,4 44,2 39,6 35,2 60,3 57,5 54,9 52,3 79,0 75,9 72,8 69,8 66,9 100,2 96,7 93,3 89,9 120,1 116,3 112,5 108,8 177,8 172,6	42,3 49,1 79,9 94,4 152,7 183,2 209,1 234,0 259,5 283,3 305,4 341,0 379,5 415,7 449,7 481,6 476,6 531,8 584,1 633,5 720,3 792,8 861,9 927,6 92,0 99,8	14,0 16,3 21,8 25,8 34,3 41,2 47,0 46,1 51,1 55,8 60,1 59,7 66,4 72,7 78,7 84,3 75,0 83,7 92,0 99,8 103,1 113,5 123,4 132,8 170,3 185,9	16,0 17,2 26,9 30,8 45,8 54,1 56,0 62,1 68,0 73,1 77,3 92,7 100,0 106,2 111,5 113,8 119,2 129,4 138,4 146,2 169,0 181,5 192,6 206,8 138,4 146,2	10,8 12,9 14,3 17,1 17,5 21,1 24,3 21,8 23,9 25,7 27,6 24,2 26,7 29,0 31,4 33,5 26,6 29,3 32,0 34,6 35,1 38,0 40,0 43,9 46,0 49,6	10,4 12,5 13,6 16,4 16,7 20,3 23,5 20,5 23,0 24,4 26,4 22,9 25,3 27,6 30,0 32,2 25,2 27,9 30,6 33,3 32,9 35,8 38,8 41,8 43,4 47,1	10,0 12,2 12,9 15,7 16,0 19,5 22,8 19,3 21,4 23,2 25,2 21,6 24,0 26,4 28,7 31,0 23,9 26,6 29,3 32,0 30,9 33,8 36,8 39,8 41,1 44,7

Продолжение табл. 5.20

Условный диаметр, мм	Тол-щина стен-ки,мм	Площадь попе-речного сечения, см2		Осевой момент инерции попереч-ного се-чения трубы, см4	Осевой момент сопротивления, см3		Приведенная масса 1 м трубы (в кг)
		трубы	канала		гладкой части трубы	высажено-го конца в основной плоскости резьбы	6	8	11,5
Бурильные трубы с приваренными по высаженной части бурильными замками
73 89 114 127	7 8 7 8 9 10 9 10	14,5 16,3 18,0 20,4 29,8 32,8 33,4 36,8	27,3 25,5 44,2 41,2 72,8 69,8 93,3 89,9	79,9 87,6 152,7 168,6 415,7 449,7 584,1 633,5	21,8 24,0 34,3 37,9 72,7 78,7 92,0 99,8	- - - - - - - -	- - - - - - - -	13,8 15,1 16,7 18,9 27,5 29,8 31,5 43,0	13,0 14,4 15,9 18,2 26,2 28,5 29,8 32,4

Пример 5.4. Рассчитать на прочность бурильную колонну для роторного бурения и следующих условий: L = 3500 м; диаметр обсадной колонны в которой работают бурильные трубы – 244,5 мм; n = 180 об/мин, тогда

с^-1;

P_д = 1,4 · 10⁵ Н; D_д = 190,5 · 10^-3 м; = 1300 кг/м³; _м = 7850 кг/м³; р_о = 7 · 10⁶ Па;ℓ_УБТ = 150м; Q_УБТ = 1,6 · 10⁵ Н. Условия: осложненные; породы – средние.

Р е ш е н и е. 1. По табл. 5.13 выбираем диаметр бурильных труб 127 мм. Принимаем бурильные трубы с высаженными внутрь концами и толщиной стенки 9 мм (ТБВК-127) группы прочности К и q = 29,3 кг/м.

2. Рассчитываем бурильные трубы на выносливость.

Для выбранного типа бурильных труб осевой момент инерции сечения трубы по табл. 5.20 составляет I = 584,1 см⁴ или I = 584,1 · 10^-8 м⁴, по табл. 5.2 m₁ = 26,2 кг/м.

Тогда длина полуволны по формуле 5.20

L = м.

Если длина одной бурильной трубы по табл.5.20 составляет 11,5 м, то принимаем L = 11,5 м.

Стрела прогиба бурильной трубы:

f = м;

Осевой момент сопротивления находим по табл. 5.20

W_изг. = 138,4 см³ = 138,4 · 10^-6 м;

Тогда по формуле (5.18) определяем переменные напряжения изгиба:

Па = 19,78 МПа.

Для данного материала бурильных труб (σ_-1)_D = 100 МПа. По формуле (5.21) находим:

n =

n  1,9, что допустимо.

3. Рассчитываем выбранный тип бурильных труб на статическую прочность.

Назначаем длину первой секции труб равную 2500 м.

Тогда Q_б.т = 2500 · 293 = 732500 Н.

По формуле (5.22) с помощью таблицы 5.20:

Па = 276 МПа.

Мощность на вращение бурильной колонны по формуле (5.26):

N_в = 13,5 · 10^-7 · 2500∙0,127² · 180^1,5 · 0,19^0,5 · 1300 = 74,49 кВт.

Мощность на вращение долота находим по формуле (5.27):

N_д = 2,3 · 10^-7,7 · 180 ∙ 0,19^0,4 · (1,4 · 10⁵)^1,3 = 20,8 кВт.

Крутящий момент определяем по формуле (5.24):

M_кр = Н·м.

Определяем полярный момент сопротивления сечения труб при кручении по формуле (5.25)

.

Находим касательные напряжения для труб данной секции по формуле (5.23):

Па = 26,6 МПа.

По табл. 5.8 предел текучести материала труб _т = 490 МПа (для группы прочности стали К).

Коэффициент запаса прочности по формуле (5.28):

n₁ =

что допустимо, т.к. 1,74 > 1,45.

Задаемся длиной труб второй секции той же группы прочности К, но с толщиной стенки 10 мм – 700 м.

Тогда

Q_б.т = L₂ · q₂ + L₁ · q₁;

где L₂ - длина труб второй секции, L₂ = 700 м; L₁ - длина труб первой секции (считая снизу), м;

q₂ и q₁ – вес 1 м труб второй и первой секций соответственно (принимается по табл. 5.20.

Имеем

Q_б.т = 700·320 + 2500·293 = 224000 + 732500 = 956500 Н;

N_д = 20,8 кВт;

M_кр= ;

W_р = 0,2 ·0,127³ м³;

Па = 30,75 МПа

Следовательно,

N₁ = ,

что допустимо, т.к. 1,51 > 1,45.

Третью секцию бурильных труб предусматриваем диаметром 127 мм с толщиной стенки 10 мм, но группы прочности Е, чтобы достичь глубины спуска всей бурильной колонны 3500 м. В этом случае вес бурильной колонны (Н) составит:

Q_б.т = L₃ · q₃ + L₂ ·q₂ + L₁·q₁,

где L₃ – длина бурильных труб третьей секции. L₃ = 3550 – 3200 = 300 м.

Тогда

Q_б.т = 300·320 + 700·320 + 2500·293 = 96000+224000+732500 = 1052500 Н,

Таблица 5.21

Показатели	Номера секций снизу вверх
	1	2	3
Толщина стенки трубы, мм Группа прочности материала труб Интервал расположения, м Длина секции, м Вес 1 м трубы, Н/м Вес секции, МН	9 К 850-3350 2500 293 0,733	10 К 150-850 700 320 0,957	10 Е 0-150 300-150=150м* 320 1,053
* LУБТ = 150 м по условию примера. Примечание. Общий вес бурильной колонны ( с учетом веса УБТ) 2,903 МН.

,

N_в = 13,5·10^-7 ·3500·0,127² ·180^1,5 ·0,19^0,5 ·13000 = 104 кВт.

N_д = 20,8 кВт.

M_кр =

W_р = 0,2·10^-3 м³ как и в предыдущем случае.

Следовательно,

N₁ = , что допустимо, т.к. 1,59 > 1,45.

Параметры разработанной и рассчитанной бурильной колонны сводим в табл. 5.21.