Выбор типа и модели долота и его промывочного узла

Анализируя горные породы (известняк пористо-кавернозный, песчано-алевролитный, сильно трещиноватый) по твердости, категории абразивности выбираем вооружение долота для среднихабразивных пород (СЗ). Промывочный узел долота для данного типа пород принимаем симметричный с гидромоноторными насадками. Исходя из этих данных выбираем трехшарошечное долото с симметричной гидромониторной промывкой .

       2. Обоснование типа бурильных труб и компоновки бурильной колонны, а также напряжений при бурении скважины

мм

принимаем диаметр турбобура D_T= ….. мм

принимаем диаметр стальных и легкосплавных бурильных труб:

мм

принимаем диаметр УБТ: ________________

Определяем период вибраций при роторном бурении:

Т_Н- период продольных зубцовых вибраций долота недеформируемом забое при бурении ротором, с

t_n- величина шага зубцов на периферийном венце шарошки долота, м

R - радиус долота, м

n - частота вращения долота, об/мин

с

Т_Д - период продольных зубцовых вибраций долота с учетом деформируемости забоя, с

Рассчитаем длину труб УБТ для роторного бурения:

Также определены длины УБТ для роторного бурения можно найти по формуле:

Для роторного бурения

       -вес 1 метра УБТ

Для определения периода крутильных колебаний при турбинном бурении воспользуемся формулой:

       Рассчитаем длину труб УБТ:

с - скорость звука в материале труб УБТ (с=5100 м/с)

l₁ - длина бурильного инструмента от забоя до УБТ, м

l₂ - длина бурильного инструмента от забоя до верхней осевой опоры турбобура, м

Принимаем длину УБТ: l_УБТ≈ …… м.

Рассчитаем длину стальных труб:

G - осевая нагрузка на долото, Н

G_У - вес УБТ, Н

G_з - вес забойного двигателя, Н

b - коэффициент учитывающий Архимедову силу

Принимаем длину стальных труб: l_П = …….

       Рассчитаем длину труб ЛБТ:

Принимаем длину ЛБТ: ………..

Определяем растягивающие напряженияв верхнемсечении колонны (из труб ПК и Д16-Т) при наиболее тяжелых условиях для колонны, когда колонна поднимается из искривленной скважины с относительно большой скоростьюпри циркуляции жидкости (буровые насосы включены) вскважине:

,    

где: К_д - коэффициент динамичности при подъеме или спуске колонны;

F_тл - площадь поперечного сечения тела ЛБТ, м²;

;

d_нл, d_вл - наружный и внутренний диаметры ЛБТ (Д.16-Т), м;

q_у - вес 1 м УБТ, Н;

q_л, l_л - вес 1 м и длина ЛБТ соответственно, Н/м и м;

b_л - величина b для ЛБТ;

Р_т, Р_д - соответственно перепад в турбобуре и долоте Па;

F_в - площадь поперечного сечения канала труб, м²;

G_тр - величина сил трения колонны о стенки скважины (силы сопротивления, которые определяются расчетным или опытным путем), Н.

После расчетаs_р проверяем выполнение условия:

,                                                                             

где: s_т - предел текучести рассчитываемых на прочность труб (в нашем примере - для ЛБТ), МПа или Па;

Производим статический расчет с учетом растягивающих и касательных напряжений, т.е. рассчитывают результирующее напряжение (G_рез)

,                                                            

t - постоянные касательные напряжения от суммы моментов, появляющихся при вращении бурильного инструмента, МПa, или Па.

Проверяют условие:

,                                                               

где: К_р- коэффициент запаса прочности для колонны при роторном бурении;
К_р = 1,40...2,2 в зависимости от условий работы бурильного инструмента (колонны); К_р - учитывает запас прочности от действия на колонну статических напряжений.

Определяем мощность, расходуемую на вращение колонны,

,

где: С_n - коэффициент учитывающий влияние величины зенитного угла скважины на N_в (табл. 1.2);

g_ж - удельный вес промывочной жидкости, Н/м³;

n - частота вращения колонны, об/мин;

D_c - диаметр скважины, м;

L_к, l_у - длина бурильных труб и УБТ, соответственно, м;

l_н, l_ну - наружный диаметр бурильных труб и УБТ, м;

 Находим вращающий момент на трение долота о стенки скважины:

;

.

Рассчитываем сумму вращающих моментов на вращение колонны (М_в) и на М_о:

,

где:  - в единицах 1/с;

 Определяем напряжение t по формуле:

Находим s_рез:

и проверяем условие:

Рассчитываем колонну на выносливость согласно условию:

где: К_р.в - коэффициент запаса прочности для колонны на выносливость;

К_р.в = 1,5

s_в - предел прочности материала бурильных труб;

s_-1 - предел выносливости трубы при симметричномнагружении колонны от изгибающих усилий;

s_и - изгибающие переменные напряжения в бурильных трубах, МПа;

s_в, s_-1 в МПа.

Рассчитываем s_ии фактическую величину К_р.в (К_р.в.ф):

Е - модуль упругости (Юнга), Па;

Проверим запас прочности колонны на выносливость для случая, когда искривленный участок скважины расположен в ее верхней части:

;                                                       

.

Рассчитаем запас прочности колонны в сечении над УБТ: