Проектування конструкцій свердловин та інструмент для їх буріння 4 страница
Продовження табл. 4.23
| Перевідник (ГОСТ 7360-82) | D | d | L | Різьба | Маса, кг | |
| мм | А | Б | ||||
| П-88/101 | 3-101 | |||||
| П-88/117 | 3-117 | - | ||||
| П-88/121 | 3-121 | |||||
| П-88/147 | 3-147 | - | ||||
| П-88/152 | 3-152 | - | ||||
| П-88/171 | 3-171 | - | ||||
| П-101/88 | 3-101 | 3-88 | ||||
| П-101/102 | 3-102 | |||||
| П-101/117 | 3-117 | |||||
| П-101/127 | 3-127 | |||||
| П-102/88 | 3-102 | 3-88 | ||||
| П-102/101 | 3-101 | |||||
| П-102/117 | 3-117 | |||||
| П-102/121 | 3-121 | |||||
| П-108/88 | 3-108 | 3-88 | ||||
| П-108/101 | 3-101 | |||||
| П- 108/ 102 | 3-102 | |||||
| П-108/117 | 3-117 | |||||
| П-108/121 | 3-121 | |||||
| П-117/121 | 3-117 | 3-121 | ||||
| П-1 17/147 | 3-147 | |||||
| П- 121 /86 | 3-121 | 3-86 | ||||
| П-121/101 | 3-101 | |||||
| П-121/102 | 3-102 | ЗО | ||||
| П-121/108 | 3-108 | |||||
| П-121/121 | 3-121 | |||||
| П-121/122 | 3-122 | |||||
| П-121/133 | 3-133 | |||||
| П-121/147 | 3-147 | |||||
| П-121/152 | 3-152 | - | ||||
| П-121/161 | 3-161 | |||||
| П-121/171 | 3-171 | - | ||||
| П-122/101 | 3-122 | 3-101 | ||||
| П-1 22/ 102 | 3-102 | |||||
| П-1 22/ 108 | 3-108 | |||||
| П-122/117 | 3-117 | |||||
| П-122/121 | 3-121 | |||||
| П-1 22/ 133 | 3-133 | |||||
| П-1 22/ 147 | 3-147 | |||||
| П-133/101 | 3-133 | 3-101 | ||||
| П-1 33/ 108 | 3-108 | |||||
| П-133/117 | 3-117 |
Продовження табл. 4.23
| Переходник (ГОСТ 7360-82) | D | d | L | Різьба | Маса, кг | |
| мм | А | Б | ||||
| П-133/121 | 3-121 | |||||
| П-133/122 | 3-122 | |||||
| П-133/140 | 3-140 | |||||
| П- 133/ 147 | 3-147 | |||||
| П-133/152 | 3-152 | |||||
| П-133/161 | 3-161 | |||||
| П-147/121 | 3-147 | 3-121 | ||||
| П- 147/ 122 | 3-122 | |||||
| П-147/133 | 3-133 | |||||
| П-147/140 | 3-140 | |||||
| П-147/147 | 3-147 | |||||
| П- 147/ 152 | 3-152 | |||||
| П-147/161 | ' 203 | 3-161 | ||||
| П-147/171 | 3-171 | |||||
| П-152/121 | 3-152 | 3-121 | ||||
| П- 152/ 147 | 3-147 | |||||
| П-152/171 | 3-171 | |||||
| П-161/147 | 3-161 | 3-147 | ||||
| П-161/171 | 3-171 | |||||
| П-161/177 | 3-177 | |||||
| П-171/147 | 3-171 | 3-147 | ||||
| П-171/171 | 3-171 | |||||
| П-171/177 | 3-177 | |||||
| П-171/201 | 3-201 | |||||
| П-177/171 | 3-177 | 3-171 | ||||
| П-201/177 | 3-201 | 3-177 | ||||
| П-201/201 | 3-201 | |||||
| Муфтові перехідники (рис.4.9, б) | ||||||
| М-76/66 | 3-76 | 3-66 | ||||
| М-76/76 | 3-76 | - | ||||
| М-76/86 | 3-86 | |||||
| М-76/88 | 3-88 | |||||
| М-76/101 | 3-101 | - | ||||
| М-76/117 | 3-117 | - | ||||
| М-76/121 | 3-121 | |||||
| М-88/86 | 3-88 | 3-86 | ||||
| М-88/101 | 3-101 | |||||
| М-88/108 | 3-108 | |||||
| М-88/117 | 3-117 | - | ||||
| М-88/121 | 3-121 | |||||
| М-88/147 | 3-147 | - |
Продовження табл. 4.23
| Перехідних (ГОСТ 7360-82) | D | d | L | Різьба | Маса, кг | |
| мм | A | Б | ||||
| М-88/152 | 3-152 | _ | ||||
| М-88/171 | 3-171 | _ | ||||
| М-88/177 | 3-177 | _ | ||||
| М-88/201 | 3-201 | - | ||||
| М-117/121 | 3-117 | 3-121 | ||||
| М-И7/147 | 3-147 | |||||
| М-121/152 | 3-121 | 3-152 | _ | |||
| М-121/171 | 3-171 | _ | ||||
| М-121/177 | 3-177 | _ | ||||
| М-121/201 | 3-201 | - | ||||
| М- 152/ 147 | 3-152 | 3-147 | ||||
| М-152/161 | 3-161 | |||||
| М-152/171 | 3-171 | |||||
| М-152/201 | 3-201 | |||||
| М-177/161 | 3-177 | 3-161 | ||||
| М-177/171 | 3-171 | |||||
| М-177/201 | 3-201 | |||||
| Ніпельні перехідники (рис.4.9,в) | ||||||
| Н-76/76 | 3-76 | 3-76 | ||||
| Н-88/88 | 3-88 | 3-88 | _ | |||
| Н-101/171 | 3-101 | 3-171 | _ | |||
| Н-121/121 | 3-121 | 3-121 | ||||
| Н-121/147 | 3-147 | |||||
| Н-121/171 | 3-171 | - | ||||
| Н- 147/ 147 | 3-147 | 3-147 | ||||
| Н-147/152 | 3-152 | |||||
| Н-147/171 | 3-171 | |||||
| Н-171/177 | 3-171 | 3-177 | ||||
| Н-171/201 | 3-201 |
Рис.4.9. Схеми перехідників для бурильних труб
Стандартами передбачено виготовлення перехідників і бурильних трубних замків з одного і того ж матеріалу і з однаковим зовнішнім діаметром. Діаметр прохідного отвору пе-рехідника повинен дорівнювати найменшому внутрішньому діаметру бурильного замка. Виготовляють перехідники зі сталі 40ХН або з інших сталей, які вміщують нікель.
Перехідники для ведучих бурильних труб випускають згідно з ТУ 26-02-625-75. Основні їх розміри наведені в табл. 4.24.
Таблиця 4.24
| Перехідник для ведучої бурильної труби | D | d | L | Сторона квадрата | Різьба | Маса, кг | |
| мм | А (ГОСТ 631-75) | Б (ГОСТ 5286-75) | |||||
| Beрхні перехідники | |||||||
| ПВ 65x3-76 | 73Л | 3-76Л | |||||
| ПВ 80x3-88 | 89Л | 3-88Л | |||||
| ПВ 11 2x3- 121 | 114Л | 3-121Л | |||||
| ПВ 11 2x3- 152 | 114Л | 3-152Л | |||||
| ПВ 112x3-171 | 114Л | 3-171Л | |||||
| ПВ 140x3-147 | 140Л | 3-147Л | |||||
| ПВ 140x3-152 | 140Л | 3-1 52Л | |||||
| ПВ 155x3-152 | 168Л | 3-152Л | |||||
| Нижні перехідники | |||||||
| ПН 65x3-76 | 3-76 | ||||||
| ПН 80x3-88 | 3-88 | ||||||
| ПНІ 12x3-1 17 | 3-117 | ||||||
| ПН 112x3-121 | 3-121 | ||||||
| ПНІ 12x3- 133 | 3-133 | ||||||
| ПН 140x3-140 | 3-140 | ЗО | |||||
| ПНІ 40x3- 147 | 3-147 | ||||||
| ПН 155x3-152 | 3-152 | ||||||
| ПН 155x3-171 | 3-171 |
Розрахунок бурильної колони. Бурильна колона сприймає комплекс різних наванта жень, характер і значення яких залежать від способу буріння, профілю свердловини різновиду породоруйнівного інструменту і властивостей гірських порід, а також від тип; технологічної операції, яка виконується в свердловині (буріння, спуско-підйомні операції ліквідація аварій та ін).
У найбільш складному напруженому стані перебуває бурильна колона при роторном; способі буріння. Тоді вона сприймає навантаження від власної ваги, крутного моменту знакозмінних напружень згину і динамічних знакозмінних зусиль, які визначаються ха рактером роботи долота на вибої свердловини, а також інерційністю і пружністю бурильне колони.
Всі зусілля, які діють на бурильну колону, неможливо врахувати, оскільки деякі з них навіть не піддаються точному визначенню. Тому при розрахунку бурильної колони враховуються лише основні види навантажень: розтягуючі зусилля, крутні та згинальні моменти. Другорядні види навантажень враховуються коефіцієнтом запасу міцності.
Розрахунок при бурінні вибійними двигунами. З метою спрощення розрахунків дотичними напруженнями нехтують, оскільки при цьому способі буріння вони незначні. При розрахунку бурильної колони на міцність спочатку визначають довжину ОБТ і при необхідності - довжину наддолотного комплекту бурильних труб (наприклад, при застосуванні ЛБТ).
Довжину ОБТ ( 
), які забезпечують задане навантаження на долото, визначають за формулою
(4.1)
де 
— осьове навантаження на долото, Н;
— прискорення вільного падіння, м/с2;
— маса вибійного двигуна, кг; 
- маса 1м ОБТ, кг.
Довжину наддолотного комплекту, який складається зі стальних бурильних труб групи міцності Д з максимальною товщиною стінки, найчастіше приймають рівною 500 м.
Вибравши товщину і групу міцності матеріалу для першої секції бурильних труб, визначають її допустиму довжину:
(4.2)
для другої і наступних секцій бурильної колони довжини знаходять за формулами
де 
— допустимі розтягуючі навантаження відповідно для першої, другої і n-ї секцій, Н; 
— допустимі довжини першої, другої і п-ї секцій бурильної колони, м; 
— вага бурильної колони, яка знаходиться нижче першої секції, Н; 
— додаткове розтягуюче зусилля, яке виникає внаслідок перепаду тиску в турбобурі та долоті, Н; 
, 
— маса 1 м бурильних труб відповідно для першої, другої і п - ї секцій, кг. Допустиме розтягуюче навантаження визначають за формулою
де 
— межа текучості матеріалу труб n-ї секції, Па; 
— площа поперечного перерізу бурильної колони, м2; 
— коефіцієнт запасу міцності, який приймають рівним 1,3 для вертикальних свердловин, 1,35 - для похилонапрямлених свердловин і 1,4 - для ускладнених умов.
Розрахунок при роторному способі буріння. Методика в цьому випадку передбачає спочатку розрахунок труб на статичну міцність, а потім перевірку на витривалість.
При розрахунку на статичну міцність довжину ОБТ і наддолотного комплекту визначають аналогічно, як і при бурінні вибійними двигунами. Тільки у формулі (4.1) прий-
мають 
= 0. Основою для розрахунку є збереження в будь-якому перерізі бурильної колони умови
де 
- межа текучості матеріалу труб, Па; 
— напруження в тілі труби, які виникають під дією розтягуючих навантажень, Па; А — коефіцієнт анізотропії матеріалу труб, для сталі А-4,0; для алюмінієвих сплавів А-4,77; 
— дотичне напруження, яке виникає під дією крутного моменту, Па; 
— коефіцієнт запасу міцності, який приймають 1,4 для вертикальних свердловин, 1,45 - для похилонапрямлених свердловин 11,5 — для ускладнених умов. Величину 
визначають за формулою
(4.3)
де 
— вага бурильної колони, яка розміщена нижче розрахункового перерізу, Н; F - плойці розрахункового поперечного перерізу бурильної колони, м2. Дотичні напруження шукають за формулою
(4.4)
де 
— крутний момент в розрахунковому перерізі бурильної колони, Н • м.
де 
— момент, який витрачається на холосте обертання бурильної колони довжиною від розрахункового перерізу до долота, Н-м; 
— момент, який реалізується на долоті для руйнування гірських порід, Н-м; 
—полярний момент опору розрахункового перерізу, м3,
де 
— зовнішній і внутрішній діаметри бурильних труб, м.
Момент на холосте обертання колони визначають за формулою Федорова [9]:
де с - дослідний коефіцієнт, який залежить від ступеню викривлення свердловин, для кута викривлення свердловини 3-5° він становить (10 ÷13,5) • 10-3; для кута 6-9° - (14,5 ÷ 16,0) 10-3; для кута 10-16° - (16,5 ÷19) • 10-3; 
— густина бурового розчину, кг/м3 ; 
— кутова швидкість обертання колони, с-1; 
— сума довжини бурильної колони, розміщеної нижче розрахункового перерізу, і довжини проектної секції, м,
де 
— довжина проектної секції, м; 
— сумарна довжина долота, ОБТ і наддолотного комплекту, м.
У зв'язку з тим, що довжина 
невідома при роторному способі буріння, вона спочатку визначається з надлишком за формулою (4.2), а потім уточнюється з врахуванням дотичних напружень методом послідовного наближення.
Момент на долоті знаходять за формулою
де 
— питомий момент, який залежить від осьового навантаження, Н • м/кН; 
- осьове навантаження на долото, кН; 
— момент, який витрачається на холосте обертаннг долота, Н-м.
Питомий момент долота Мп залежить від його типу, розміру, якості виготовлення, діапазону навантажень і частоти обертання, густини і пластичності розбурюваних порід. У кінці довбання питомий момент збільшується в 2-3 рази порівняно з початковим. З достатньою для практичних розрахунків точністю питомий момент шарошкових доліт можна визначити за формулою
де В — дослідний коефіцієнт, який коливається в межах 1 -2 Н • м/кН; 
— діаметр долота, м. Для доліт фрезерного типу питомий момент в 1, 5-2 рази більший, ніж для шарошкових доліт того ж діаметру.
Розрахунок продовжують до тих пір, поки сума довжин всіх секцій не дорівнюватиме або перевищить L. Довжину останньої секції шукають за формулою
де 
—загальна довжина бурильної колони, м; 
| — сума довжин всіх попередніх
секцій, м; 
— довжина ОБТ і наддолотного комплекту, м.
Розрахунок на витривалість проводиться при роторному бурінні після розрахунку на міцність для найбільш навантажених перерізів: над долотом, над ОБТ, в місцях переходу від однієї секції бурильної колони до іншої, в місцях викривлення свердловини.
Розрахунок проводиться по тілу труби для труб з привареними замками або по перерізу біля першої повної нитки трубної різьби для труб зі стандартним різьбовим з'єднанням. Розрахунковими змінними напруженнями прийнято вважати напруження згину, які виникають при обертанні колони навколо власної осі.