Скачать 0.99 Mb.
|
1. Условия работы бурильной колонны. Напряжения, возникающие в процессе работы. Некоторые определения , используемые при расчётах. Прочность- способность конструкции не разрушаясь воспринимать статические и динамические нагрузки Напряжение ( σ) – мера внутренних сил, возникающих в теле при его деформации ( под воздействии внешних сил).(МПа, кгс/см2) Модуль Юнга ( Е )– отношение нормального напряжения к вызванной им относительной упругой деформации, является постоянной величиной для данного материала. Для стальных бурильных труб (СБТ)- 2,1·105 МПа; для алюминиевых бурильных труб (АБТ) – 0,7·105МПа. Момент инерции ( I) – мера инертности при вращательном движении. Равен сумме произведений масс всех элементов тела на квадраты их расстояний до оси относительно которой он вычисляется. Для труб (кг·м4; г·м4). Момент вращения (крутящий момент) (Мкр) – скалярная величина равная произведению модуля радиус- вектора на модуль силы в точке куда проведён радиус. (Н·м) Жёсткость трубы (ЕI) – способность воспринимать нагрузки без деформаций. (Па·м4). Устойчивость – способность тела или конструкции сопротивляться циклическим нагрузкам (σ-1). 1.1. Главные функции бурильной колонны:
1.2. Условия работы бурильной колонны Бурильная колонна находится в условиях сложного напряжённого состояния. Причём, различные её участки одновременно подвергаются действию различных нагрузок, вызывающих следующие напряжения: а также осевые (растяжение и сжатие);
Условие достаточной прочности труб в рассматриваемом сечении на участке, подверженном растягивающим нагрузкам , определяется из выражения: где σн- сумма всех нормальных напряжений направленных вдоль оси трубы; τ- касательное напряжение; σдоп. - допустимое напряжение для данного сечения трубы, определяется с учётом запаса прочности. По своей сути это сравнение результирующего и допустимого напряжений Допускается использование упрощённой формулы для определения результирующего напряжения- σрез=1,04 σн 1.3. Напряжения, вызванные осевыми нагрузками в бурильных трубах при циркуляции без опоры на забой Растягивающие усилия, возникающие под воздействием собственного веса бурильной колонны составленной из одного типоразмера труб и перепада давлении в ГЗД и долоте Fрz= q (L-z)·Kρ+G· Р0 S0 = q· ((L- z)+ G )К ρ+ Р0 S0 где Fрz – растягивающее усилие, обусловленное массой бурильной колонны, расположенной ниже сечения z; m-приведённая масса 1 м труб с учётом высадок, муфт и замков(приводится в справочниках); q – приведённый вес 1м труб с учётом высадки и замков; L – полная длина колонны бурильных труб; К ρ – коэффициент облегчения в растворе, Кρ= 1- (ρж/ ρм)); z- глубина рассматриваемого сечения, ρж и ρм плотность промывочной жидкости и плотность металла соответственно. Р0 - перепад давления на ГЗД и долоте G- вес КНБК S0-площадь поперечного сечения канала трубы в сечении Z. Нормальное осевое напряжение σн.z в сечении z , определяется из выражения: , где S-площадь поперечного сечения металла трубы в сечении Z. Допустимая длина колонны бурильных данной группы прочности и типоразмера бурильных труб Lдоп зависит только от прочностных характеристик материала из которого они изготовлены, растягивающего усилия в рассматриваемом сечении и не зависит от их площади сечения. Где Кзп- коэффициент запаса прочности на растяжение. При бурении вертикальных скважин имеет значение 1,4 для роторного бурения и 1,3 для турбинного. При бурении наклонных скважин, интенсивность набора или спада кривизны которых составляет 40 или более на 100м при роторном бурении принимается 1,45; при бурении забойными двигателями 1,35. К ρ- коэффициент облегчения в буровом растворе; – коэффициент динамичности 1,15; q- вес 1погонного метра труб; Fр доп.=σт· S/Кзп н.с.- нейтральное сечение Напряжения, возникающие в результате изгиба труб. Наиболее распространённый вид изгиба – поперечный изгиб в искривлённых интервалах наклонно-направленной скважине. При поперечном изгибе в теле трубы возникают растягивающие напряжения с выпуклой стороны и сжимающие с вогнутой. Напряжения поперечного изгиба в не вращающейся колонне неизменны по величине и знаку, во вращающейся величина сохранится, знак будет меняться в зависимости от частоты вращения. Их определяют из выражения: где Е-модуль Юнга; Dн – наружный диаметр труб; R- радиус искривления скважины в расчётном интервале. Напряжения сжатия возникают при проведении различных операций в скважине, в подавляющем числе случаев их значения ниже предела текучести материала труб и вызывают продольный или продольно - поперечный изгиб труб, при котором трубы не восстанавливают первоначальную форму за счёт только сил упругости материала. В определённых условиях при воздействии динамической нагрузки (аварийное падение колонны труб в скважину с небольшими зенитными углами приводят к остаточной деформации последних и их выбраковке, реже к слому труб). Условия потери устойчивости с учётом шарнирного опирания нижнего конца труб определяется по формуле Эйлера: Fкр= π2 Е ILl2 где Fкр - осевое усилие, при котором происходит потеря устойчивости бурильной колонны. Е= 2·105МПа- модуль нормальной упругости, – осевой момент инерции поперечного сечения трубы, где Dн - наружный диаметр трубы, Dв - внутренний диаметр, М – коэффициент приведения при шарнирном опирании стержня равен 1, L-длина колонны труб. В случае увеличения длины труб в n раз критическая сила Ркр уменьшается в раз. Различают 3 рода деформации: деформации 1-го рода - когда принимается форма полуволны синусоиды, 2-го рода – синусоиды и 3-го рода – спирали. Во всех случаях амплитуда изгиба ограничивается стенками скважины. Выбранная компоновка УБТ проверяется на устойчивость. Fкр= 22 Где q – вес 1 п.м. труб. Lкр= 2 Если Fкр больше или равно Gд или lкр (где Fкр и Gд критическая осевая нагрузка и нагрузка на долото, а lкр критическая длина для данного размера УБТ), в месте изгиба устанавливаются опорно- центрирующие элементы или пересматривается компоновка. Экспериментальным путём определено, что при Lкр = 4.22 образовывается синусоида, при дальнейшем увеличении длины- спираль. Расчётные значения критических нагрузок для наиболее распространённых диаметров УБТ приведены в таблице 2. Таблица 2.
1.4. Радиальные нормальные напряжения Радиальные нормальные напряжения (σрад ) возникают в результате действия внутреннего избыточного давления. где σрад - радиальное нормальное напряжение; Рв.и.- внутреннее избыточное давление в колонне бурильных труб на рассчитываемой глубине; Dв – внутренний диаметр труб; Kр – коэффициент разностенности труб t – толщина стенки трубы; (принимается 0, 875). При проверочном расчёте полученную величину необходимо сравнить с пределом текучести материала используемых труб. Коэффициент запаса прочности должен быть не менее 1,15. n = ≥ 1,15. Второй способ выполнения проверочного расчёта заключается в сравнении ожидаемого наибольшего внутреннего избыточного давления Рв.и. и предельного внутреннего давления для данного типоразмера труб Ркр. n =≥ 1,15 При отсутствии табличных данных предельное внутреннее давление определяется из выражения: Где σТ - предел текучести материала труб; δ – номинальная толщина стенки трубы; Dн- наружный диаметр трубы Предельное внутреннее давление для стальных труб по ГОСТ Р 50278-92
Проверка на сминающие давления производится при глубинах опорожнения более 200м. |
Рабочие программы учебных дисциплин (модулей) министерство образования... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
Методические указания Новокузнецк 2012 Министерство образования и... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
||
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Министерство образования и науки российской федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального... |
Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
||
Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
||
Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
||
Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
||
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
||
Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное... Утверждено: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кемеровский государственный сельскохозяйственный... |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
||
Российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
И науки российской федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
Поиск |