Проектирование конструкции бурильной колонны, расчет колонны бурильных труб на прочность

При проектировании конструкции бурильной колонны, нужно выбрать ее рациональную компоновку, которая удовлетворяла бы всем инженерно-техническим требованиям, а также оценить прочность данного варианта компоновки колонны.

Первым расчет идет на вычисление количества УБТ в составе бурильной колонны, определение компоновки УБТ (одноступенчатое, двухступенчатое). Определяется по следующей формуле:

0,7.

• 1. Расчет УБТ под эксплуатационную колонну:
• 73/146 0,7

0,5.

Так как отношение диаметров БТ к УБТ меньше значения 0,7, то необходимо выбрать еще УБТ наименьшим диаметром.

73/95 0,7.

0,76 0,7.

Исходя из этого нам потребуется два вида диаметра (146мм и 95мм) УБТ, следовательно компоновка УБТ будет двухступенчатой.

• 2. Расчет УБТ под промежуточную колонну:
• 102/203 0,7
• 0,5 0,7
• 102/133 0,7
• 0,76

Исходя из этого нам потребуется два вида диаметра (203мм и 133мм) УБТ, следовательно компоновка УБТ будет двухступенчатой.

• 3. Расчет УБТ под кондуктор:
• 140/254 0,7
• 0,5 0,7
• 140/178 0,7
• 0,78 0,7

Исходя из этого нам потребуется два вида диаметра (254мм и 178мм) УБТ, следовательно компоновка УБТ будет двухступенчатой.

• 4. Расчет УБТ под направляющую колонну:
• 140/299 0,7
• 0,46 0,7
• 140/178 0,7
• 0,78 0,7

Исходя из этого нам потребуется два вида диаметра (299мм и 178мм) УБТ, следовательно компоновка УБТ будет двухступенчатой.

Далее требуется определить длину УБТ, это можно сделать с помощью следующей формуле:

Lубт = (1,25 * G3) / qубт.

1. Расчет длины УБТ под экспл. к.:

Lубт = (1,25 * 128,8) / 0,929 = 173 м Исходя из того, одна труба равна 12 м нам потребуется 14 труб УБТ.

Q = 173 * 0,929 = 160кН.

2. Расчет длины УБТ под пром.к.:

Lубт = (1,25 * 194) / 1,99 = 121 м Исходя из того, одна труба равна 12 м нам потребуется 10 труб УБТ.

Q = 121 * 1,99 = 240кН.

3. Расчет длины УБТ под кондуктор:

Lубт = (1,25 * 256) / 3,09 = 103 м.

Исходя из того, одна труба равна 12 м нам потребуется 9 труб УБТ.

Q = 103 * 3,09 = 318кН.

4. Расчет длины УБТ под напр.к.:

Lубт = (1,25 * 63) / 4,9 = 16 м Исходя из того, одна труба равна 4 м нам потребуется 4 трубы УБТ.

Q = 16 * 4,9 = 78,4кН Расчет на выносливость Исследованиями А. Е. Сарояна установлено, что при роторном бурении наиболее часто трубы разрушаются в резьбовом соединении, поэтому следует определять изгибающее напряжения для резьбового соединения. Необходимо также определить экваториальный момент инерции сечения труб по формуле:

I = /64 * (D4 — d4), см4.

1. Расчет экв. момента инерции сечения БТ для экспл.к.:

I = 3,14/64 * (2839,82−1211,74) = 0,05 * 1628,08 = 81,4 см4.

2. Расчет экв. момента инерции сечения БТ для пром.к.:

I = 0,05* 4935,66 = 246,78 см4.

3. Расчет экв. момента инерции сечения БТ для кондуктор:

I = 0,05 * 15 001,83 = 750,1 см4.

4. Расчет экв. момента инерции сечения БТ для напр.к.:

I = 0,05 * 15 001,83 = 750,1 см4.

Далее требуется рассчитать длину полуволны для сечения над УБТ по формуле:

L = 10/ *.

Следует определить угловую скорость вращения колонны рад/с.

1. Под экспл.к.:

= 3,14*177 / 30 = 18,52 рад/с.

2. Под пром.к.:

= 3,14*118 / 30 = 12,35 рад/с.

3. Под конд.:

= 3,14 * 90 / 30 = 9,42 рад/с.

4. Под напр.к.:

= 3,14 * 165 / 30 = 17,27 рад/с.

1. Длина полуволны сечения БТ над УБТ.

L = 10/18.52 * = 0,54* = 7,8 м.

2. L = 0,81 * = 6,1 м.

3. L = 1,06 * = 6,5 м.

4. L = 0,57 * = 12,03 м Определение диаметра скважины по формуле:

1. Диаметр эксплуатационной колонны:

Dскв = 1,1 * 16,1 = 17,71 см Таким образом диаметр эксплуатационной колонны равен 1,771 см.

2. Диаметр промежуточной колонны:

Dскв = 1,1 * 24,29 = 26,7 см Исходя из этого, диаметр промежуточной колонны будет равен 2,67 см.

3. Диаметр кондуктора:

Dскв = 1,1 * 32 = 35,2 см Диаметр кондуктора согласно по формуле равен 3,52 см.

4. Расчет диаметра направляющей колонны:

Dскв = 1,1*39,3 = 43,23 см.

Расчет мощности на вращение долота определяем по формуле:

1. Расчет мощности на вращение долота диаметром 161 мм :

• 0,025 * 177 = 4,425 кВТ
• 2. Расчет мощности на вращение долота диаметром 242,9 мм :

Nд = 4*0,0001 * 398 * 242,90,4 * 0,081,3 * (30*12,35/3,14) = =0,054 * 118 = 6,372 кВт.

3. Расчет мощности на вращение долота диаметром 320 мм :

Nд = 4*0,0001 * 398 * 3200,4 * 0,11,3 * (30 * 9,42/3,14) = 0,08 * 90 = 7,2 кВт.

4. Расчет мощности на вращение долота диаметром 393,7 мм :

Nд = 4*0,0001 * 398 * 393,70,4 * 0,031,3 * (30 * 17,27/3,14)= 0,02* 165 = 3,3 кВт.