Расчет длин секций комбинированной бурильной колонны.

Расчет длины УБТ при бурении с ГЗД:

где См - скорость звука в материале УБТ (для стальных труб

См=5100 м/с);Тд - период продольных зубцовых вибраций долота с учетом

деформируемости забоя, с;

lзу, lзо - длина бурильного инструмента от забоя до УБТ и от забоя

до середины верхней осевой опоры ГЗД соответственно, м

При роторном бурении:

Длина стальных труб:

G, Gy, Gзд. - осевая нагрузка на долото, вес УБТ и забойного двигателя

с присоединяемыми к его валу элементами, кН;

Ва - учитывает Архимедову силу; Ва= 1-ρср/ρпк;

ρср, ρпк - соответственно плотности промывочной жидкости и труб ПК;

qпк - вес одного метра труб ПК в воздухе с учетом веса замков, кН/м.

13.Понятие об устойчивости бурильной колонны, расчет критической длины свечи и длины полуволны колонны при роторном бурении.Устойчивость бурильной колонны - это сохранение ею определенной формы равновесия. То же относится и к забойным двигателям. Потерей устойчивости считают переход одной формы равновесия в другую, начиная с прямолинейной. В бурении чаще принято считать, что потеря устойчивости колонны происходит в одной плоскости и по мере увеличения нагрузки в колонне, обычно в нижней ее части, появляется две и более полуволны. Однако предложены расчеты по устойчивости бурильной колонны и для спиралеобразной формы ее равновесия, которую следует считать более реальной, хотя предложенные расчеты еще не нашли широкого применения в расчетах колонны на выносливость.

критическая длина свечи         длина полуволны колонны при роторном бурении

                                                               Ем×Jо- жесткость трубы на изгиб

ωк - угловая частота вращения колонны

q * ж - вес 1 м трубы массой qж

14.Расчет удлинения бурильной колонны под действием ее веса и температуры.

Расчет удлинения (∆lq) под действием собственного веса одноразмерной колонны. Lк, lк- длина колонны и расстояние от забоя скважины до элемента колонны длиной d(∆lq), соответственно; q * ж - вес 1 м трубы массой qж; Ем - модуль Юнга материала труб; Fт - площадь поперечного сечения тела трубы.

Расчет удлинения колонны под действием температуры в скважине. αt - коэффициент линейного расширения материала труб, 1/град; mt , - изотермическая ступень, mt = З0-50 м/град

15.Выражение для расчета максимальной растягивающей нагрузки, действующей на верхнюю часть бурильного инструмента при подъеме его из скважины.

ΣQj - суммарные усилия (нагрузки), действующие в рассматриваемом сечении трубы с площадью FT. При расчете сжимающих напряжений в условно можно ставить знак "минус"; Кд - коэффициент динамичности, учитывающий увеличение σр при резком подъеме колонны или ее подаче в скважину.

Сумму ΣQj при расчете растягивающих напряжений, например, в процессе турбинного бурения, в общем случае определяют следующие усилия : Gдо, Gзд, Gy,- соответственно, вес долота, забойного двигателя и УБТ; Gст.т., GЛ - вес стальных труб и ЛБТ; Gг * - гидравлическая осевая нагрузка внутри колонны, действующая на вал забойного двигателя при подъеме колонны с включенными буровыми насосами.

Рт, Рд - перепады давления в турбобуре или в забойном двигателе и в промывочном узле долота, соответственно; Fвн - поперечная площадь канала трубы над турбобуром; Gтр - сила трения (и сопротивления) колонны о стенки скважины при подъеме колонны; Gj - вес других элементов, включенных в состав бурильного инструмента, например, маховика, стабилизатора, амортизатора, калибра- торов, центраторов.

17.Методика проектирования бурильной колонны. Определяют наружный диаметр колонны из условий возможных минимумов потерь напора в гидравлическом тракте скважины и гидроудара в ее затрубном пространстве при СПО. Выбирается тип бурильных труб. При этом предусматривается снижение веса труб и их механического износа в процессе эксплуатации, эффективное проведение всех технологических операций по углублению скважины и по ликвидации осложнений и аварий с бурильным инструментом. Определяют число секций бурильной колонны и место размещения в колонне секций с разными диаметральными размерами и свойствами труб для достижения возможных в конкретных условиях проходки на долото и механической скорости проходки путем управления динамической работой колонны в скважине. Далее обосновывают целесообразность и необходимость включения в нижнюю часть колонны различных элементов (амортизаторов, специальных переводников, разделителей, центраторов и др.), позволяющих успешно управлять динамикой всего бурильного инструмента, процессом углубления скважины, а также траекторией оси скважины согласно заданному профилю. Рассчитывают длины секций или участков колонны, а при необходимости и других ее элементов. Выбирают методику расчета бурильной колонны на прочность и устойчивость, обосновывают необходимость определенного вида расчета колонны на прочность и производят расчеты.

18.Виды вибраций бурильного инструмента; определение частоты осевых зубцовых вибраций долота с учетом деформируемости забоя.Различают 2 вида вибраций б.и.(бурильного инструмента): 1) собственные - зависят от параметров системы. 2) вынужденные - поддерживаются определенными источниками колебаний или зависят от параметров системы и характера сил сопротивления при движении системы. В бурении отдельно рассматриваются осевые (продольные), крутильные и изгибные (поперечные) колебания. Осевые и поперечные колебания бурильной колонны вызваны обычно изменением осевых и поперечных усилий, а также крутящих моментов (М). Крутильные колебания обусловливаются непосредственно изменением или являются следствием возникновения осевых и поперечных вибраций бурильной колонны.

n -частота вращения долота, 1/с;R, r - соответственно радиус долота и шарошки по периферийному (П) венцу;

z - число зубцов на венце П.

19.Источники вибраций бурильного инструмента. Понятие о колебаниях бурильной колонны с повышенными амплитудами.Источники вибраций. 1)колебание потока промжидк передаётся внутрь БК 2)колебание БК (очень большая амплитуда при роторном бурении, осевые, крутильные и поперечные колебания) 3)забойный двигатель (при ВЗД вибрации больше) 4)работа долота. Резонанс при ωв = ωс. Как известно из теории колебаний, при равенстве вынужденной (ωв) и собственной частоты (ωс) в бурильной колонне может возникнуть явление резонанса, при котором амплитуда колебаний всего бурильного инструмента резко возрастает, в результате чего в элементах бурильного инструмента возможны опасные напряжения и поломки. Однако чрезмерное увеличение h в бурильной колонне, на наш взгляд, наступает довольно редко в связи с несколькими причинами: - во-первых, частоты ωс бурильной колонны часто малы по срав- нению с ωв; - во-вторых, при взаимодействии бурильного инструмента со стенками скважины и промывочной жидкостью возникают большие силы сопротивления, резко снижающие коэффициент динамичности, чему способствуют и частые перегибы оси скважины, в связи с чем точки опоры колонны в скважине почти постоянно меняют свое место, то есть можно сказать, что колонна не имеет длительное время строго фиксированных величин ωс.

20.Основные методы управления параметрами вибраций бурильного инструмента. Схема и принцип действия забойного амортизатора. Средства регулирования параметрами вибраций. Заменяют тип буровых насосов - снижают пульсации давления Рн. Изменяют компоновку бурильного инструмента. Можно, например, компоновку колонны составить из нескольких секций ЛБТ, расположенных между секциями стальных труб; при этом демпфирующие свойства колонны могут значительно усилиться, так как декремент затухания вибраций в ЛБТ больше, чем в стальных трубах в 1,5...1,8 раза. Вводят в нижнюю часть бурильного инструмента калибраторы, центраторы и удлинители (например, вала ГЗД). Таким образом, меняют место опоры инструмента в скважине и зазор между ним и стенками скважины, т.е. изменяют амплитуду и форму колебаний. В состав инструмента включают: преобразователи части нагрузки на долото в динамическую – Gд (устройства, вдоль оси, которых движется масса, например, из отрезка УБТ); усилители Gд (те же маховики из УБТ), что дает возможность повысить амплитуду некоторых вибраций и повысить Vм. Но маховик на валу турбобура может резко снижать амплитуду вибраций; все зависит от того, каким образом закреплена масса. Более универсальным средством считается амортизатор, который называют еще динамическим регулятором режима работы бурильной колонны, хотя таковыми являются преобразователи, разделители, и усилители Gд

1 - долото; 2, 4 - вал и корпус демпфера; 3 - узел передачи Мпр; 5 - упругий элемент; 6 - вал забойного двигателя или труба бурильной колонны; 7 - поток промывочной жидкости; 8 - уплотнительные элементы

21.Расчет амплитуды и частоты осевых зубцовых вибраций долота при роторном бурении.tп - шаг зубьев долота по венцу П; bi – угол, который учитывает различие в амплитудах долота и шарошки; в данном случае bi – угол между осями шарошки и долота

tп - шаг зубьев долота по венцу П; R - радиус долота; n - частота вращения долота

23.Определение скорости и ускорения осевых зубцовых вибраций долота при их квазигармонической форме.

ho- амплитудfосевых зубцовыхвибраций ωз , φ - соответственно угловая частота продольных зубцовых вибраций долота и фаза таких колебаний.

25.Охарактеризовать роль вибраций на работу различных элементов бурильного инструмента и на ТЭП.Увеличение амплитуды продольных зубцовых вибраций долота может приводить к некоторому повышению Vм при одновременном ускоренном износе элементов бурильного инструмента (в первую очередь долота) и соответственно снижении Нд. Развитие повышенных амплитуд всех видов вибраций, как собственных, так и вынужденных, сверх нормальных их величин при резонансе, биениях долота и автоколебаниях однозначно приводит к уменьшению сроков работы инструмента, а часто непосредственно к снижению Vм и Нд. Отражатели и усилители (см.п.2.5.4) позволяют сохранить (усилить) динамичность воздействия вооружения долота на породы, увеличить δ31 и тем самым увеличить Vм, и Нд, если не сократится при этом время Топ, то есть позволяют выполнить в основном частные задачи повышения Vм. Применение амортизаторов (демпферов) дает возможность в от- дельных интервалах бурения стабилизировать периодичность полезных вибраций долота и в среднем выровнять амплитуду вибраций. При выполнении этой задачи имеет место рост Нд, в противном случае Нд и Vм могут остаться на прежнем уровне или снизиться. Разделители в основном выполняют функции сохранения определенного процесса в развитии вибраций на конкретном участке бурильной колонны, то есть сохранения ее жесткости и энергии колебаний на дан- ном участке. Следовательно, применение разделителей позволяет сохранить Vм и Нд на возможно максимальном уровне.