Условия работы бурильной колонны

Технология бурения нефтяных и газовых скважин

Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин»

Пермь - 2012

УДК 622.24

Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения специальности 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин».

/Сост. Д.В. Карасев. Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. Пермь, 2012.

Рецензент доцент Л.Н. Долгих

Методические указания предназначены для студентов ПНИПУ заочного отделения, изучающих предмет «Технология бурения нефтяных и газовых скважин», содержит три раздела и контрольные задания.

Их назначение - оказание методической помощи при выполнении контрольных работ и курсовых проектов по данной дисциплине.

ОГЛАВЛЕНИЕ

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 (Е I ) – способность воспринимать нагрузки без деформаций. (Па·м⁴).

Устойчивость – способность тела или конструкции сопротивляться циклическим нагрузкам (σ- 1 ).

1.1. Главные функции бурильной колонны:

· обеспечение канала для подведения энергии, необходимой для вращения долота (механической, гидравлической, электрической)

· восприятие реактивного крутящего момента при работе забойных двигателей;

· обеспечение канала круговой циркуляции рабочего агента для очистки скважины от выбуренной породы;

· создание осевой нагрузки на долото;

· обеспечение гидравлического канала связи для получения информации от специальных устройств, находящихся в скважине или управления последними;

· При проведении операций, связанных с использованием испытателя пластов на бурильных трубах (ИПТ), установки цементных мостов, проведения аварийных работ и др.

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);

· Радиальные, обусловленные избыточным внутренним или наружным давлением;

· напряжения обусловленные изгибающими усилиями;

· касательные напряжения, вызываемые крутящим моментом;

· сминающие от действия клинового захвата;

· динамические напряжения, вызываемые трудно учитываемыми динамическими нагрузками, вызываемыми большим количеством причин;

Условие достаточной прочности труб в рассматриваемом сечении на участке, подверженном растягивающим нагрузкам , определяется из выражения:

где σ_н- сумма всех нормальных напряжений направленных вдоль оси трубы;

τ- касательное напряжение;

σ_доп. - 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-

 σ_рез=1,04 σ_н