Расчёт длины секций бурильных труб

Принцип расчёта длины секций бурильных труб L_БТ заключается в том, что наиболее опасным для поломки сечением бурильной колонны считается нулевой уровень (Рисунок 47) от поверхности земли. По ПБНГП от 2013 года расчёт проводится для подвешенной бурильной колонны, без учёта выталкивающей силы бурового раствора. При этом должно соблюдаться следующее условие:

где: σ_Р – расчётное напряжение в опасном сечении бурильной колонны (на поверхности земли);

σ_Т – предел текучести стали бурильных труб в опасном сечении;

К_з – коэффициент запаса прочности.

По ПБНГП от 2013 г К_З для не осложнённых условий бурения должен быть не менее 1,3, а для осложнённых условий, – не менее 1,5. То есть для наклонно-направленного и горизонтального бурения К_З = 1,5. Пределы текучести стали определяют по табличным значениям (Таблица 8).

Расчёт первой секции начинают с того, что выбирают типоразмер её бурильных труб. В качестве такого типоразмера принимается хорошо себя зарекомендовавший в подобных условиях бурения. Например, ТБПВ127×10Е. Если расчёт закончится тем, что длина труб из такого материала (в сумме с длиной КНБК) окажется меньше длины скважины, то рассчитывают дополнительную вторую секцию из бурильных труб с большей допустимой нагрузкой. То есть либо с большим диаметром, либо с более прочной сталью. А затем опять определяется сумма длин КНБК и секций, которая должна быть больше длины скважины.

Однако, при этом следует помнить, что секции бурильных труб должны быть достаточно прочными, но не слишком дорогими. То есть они должны быть как можно легче, и сделаны из стали подешевле, то есть из возможно менее прочной. Тем более, что менее прочная сталь обладает больней выносливостью к знакопеременным нагрузкам, что очень важно при наклонно-направленном и горизонтальном бурении.

В простейшем случае, когда бурильная колонна подвешена вертикально (одноосное растяжение), σ_Р определяют как отношение силы тяжести бурильной колонны G_БК к площади поперечного сечения бурильной трубы в опасном сечении S_ОС:

σ_Р = G_БК/S_ОС

Площадь опасного сечения бурильной трубы определяют как площадь поперечного сечения кольца тела трубы (Рисунок 48), где D_Н – наружный диаметр бурильной трубы в опасном сечении, а D_В – соответствующий внутренний диаметр.

Для определения возможной длины секции бурильных труб решают обратную задачу. То есть, последовательно определяют, во-первых, какие могут быть минимальные расчётные напряжения с учётом коэффициента запаса прочности. Во-вторых, определяют допустимую нагрузку на опасное сечение P_ДОП. В-третьих, из допустимой нагрузки вычитают вес КНБК, а потом, через вес погонного мера бурильной трубы, аналогично расчёту длины КБК, из остатка вычисляют длину секции бурильной колонны, которая выдержит вес КНБК и при этом не порвётся под действием собственного веса, а так же от воздействия давления промывочной жидкости, создаваемой буровыми насосами F_НАС:

где:

где: S_ОС – площадь опасного сечения,

F_НАС = Р_НАС S_ВС

где: S_ВС – площадь внутреннего сечения (полости) бурильной трубы,

Например, для труб ТБПВ127×10Е (m_БТ = 31,9кгс):

- S_ОС = 0,0036738 м²;

- S_ВC = 0,008987465 м²;

при К_З =1,3

- Р_ДОП = 1559952 Н

при Р_НАС = 15МПа

Длина бурильной колонны L_БК в простейшем случае равна сумме L_УБК и L_БТ. В данном случае L_БТ = 3587 м + 180 м = 3767 м. То есть в не осложнённых условиях, компоновкой труб из УБТС-178 и ТБПВ127×10Е можно пробурить вертикальную скважину диаметром 215,9 мм глубиной 3767 м.