Обоснование, выбор и расчет компоновок бурильной колонны

В данном разделе производится расчет длины, выбор диаметров и толщины стенок утяжеленных бурильных труб, стальных и легкосплавных бурильных труб, а так же производится расчет бурильной колонны на прочность. Расчет проводится поинтервально, глубины берутся по стволу.

Расчет будем вести по методике [10].

Наружный диаметр стальных труб

. (52)

Наружный диаметр легкосплавных бурильных труб ЛБТ

. (53)

Наружный диаметр утяжеленных бурильных труб УБТ

. (54)

Диаметр турбобура

. (55)

где d_д - диаметр долота, м.

Пример: интервал 40 – 705 м.

м,

принимаем м, тип ТБПК с толщиной стенки 0,009 м.

м,

принимаем м., тип Д16-Т с толщиной стенки 11 мм.

м,

принимаем УБТ диаметром 0,178 м, тип УБТС с толщиной стенки 0,044 мм.

м,

принимаем диаметр турбобура равным 0,240 м.

Расчет для остальных интервалов производится по вышеупомянутой методике. Результаты расчета сводятся в таблицы 36, 37. Трубы выбираются с учетом опыта бурения на Западно-Сургутском месторождении.

Период продольных зубцовых вибраций долота с учетом деформируемости забоя

, (56)

где - шаг зубьев на периферийном венце, м,

R- радиус долота, м,

n - частота вращения долота, необходимая для объемного разрушения породы (таблица 33), м

Е - модуль упругости, Е=2,1×10 МПа,

F - площадь поперечного сечения тела динамически активного участка вала ГЗД (таблица 33), м²,

- угол наклона оси шарошки к оси долота, ,

К_п - коэффициент, который учитывает изменение частоты вращения вала ГЗД,

G_дин - динамическая нагрузка на долото (таблица 30), кН,

G_ст - статическая нагрузка на долото (таблица 30), кН,

r_п - средний радиус шарошки по периферийному венцу, м,

с - скорость звука в металле, с=5100 м/с,

а_п - жёсткость пары зубец - порода для периферийного венца, а_п =3÷5·10⁷ Н/м.

Длина труб УБТ

, (57)

где l₁ - длина бурильного инструмента от забоя до УБТ, м,

l₂ - длина инструмента от забоя до верхней осевой опоры ГЗД, l₂=2,8 м.

Длина стальных труб

, (58)

где G, G_у , G_тб - осевая нагрузка на долото, вес УБТ и забойного двигателя, кН,

в - коэффициент учитывающий Архимедову силу.

q_ст - вес 1м стальных труб в воздухе с учетом замковых соединений, кН.

q_ст = m_ст · g Н/м.

, (59)

где q_у - вес 1 метра УБТ, q_у = m_у · g Н/м.

Длина ЛБТ:

, (60)

Пример: интервал 40-705 м.

К_п =4, F = 0,052 м², R = 0,1475 м, t_п = 0,035 м, r_п = 0,075 м.

= 0,0121 с.

l₁ = 0,35 + 0,4 + 0,58 + 0,56 + 0,45 + 25,7 = 28,04 м,

l₂ = 2,8 м,

м,

Принимаем l_у = 16 м.

q_ст = m_ст · g = 26,7 · 9,81 = 0,262 кН/м.

кН.

кН.

м.

Длина ЛБТ

м.

Принимаем длину l_ЛБТ = 559 м.

Остальные интервалы рассчитываются по вышеприведенной методике. Результаты расчетов сводятся в таблицы 36, 37.

Определяем растягивающие напряжение в верхнем сечении колонны из труб ЛБТ при наиболее тяжелых условиях для колонны, когда колонна поднимается из искривленной скважины с относительно большой скоростью при циркуляции жидкости в скважине. Интервал 0-2585 метров.

, (61)

где К_д = 1,3 - коэффициент динамичности при подъеме или спуске колонны,

F_ТЛ - площадь поперечного сечения тела ЛБТ, м²,

F_В - площадь поперечного сечения канала труб, м²,

D_ср = 0,104 м - средний внутренний диаметр канала труб,

q_ЛБТ - вес 1 м ЛБТ, Н/м,

в_ЛБТ - величина в для ЛБТ,

G_ТР - величина сил трения колонны о стенки скважины, Н.

,

,

,

Р_Т = 6,1 МПа, Р_ГД = 0,41 МПа, G_з = 10,153 ∙ 10³ Н.

МПа.

После расчета колонны на прочность проверяем выполнения условия

, (62)

где s_т = 274 МПа - предел текучести, рассчитываемых на прочность труб,

К₃ = 1,5 - коэффициент запаса прочности для бурильных труб при бурении забойным двигателем.

,

120 ≤ 183 - условие выполняется, значит, компоновка колонны выбрана правильно.

В таблицах 36, 37 приведены характеристика и параметры компоновок бурильной колонны по интервалам.

Таблица 36 - Параметры компоновки бурильной колонны

Интервал по стволу, м	Длина секции, м	Тип секции	Диаметр, мм	Марка стали	Толщина стенки, мм	Интервал установки секции (снизу-вверх), м	Вес, кН
от (низ)	до (верх)	секции	нарастаю-щий
Бурение под направление
0-40		УБТС		Д	44,0			33,91	33,91
	ТБПК		Д	9,0			4,192	38,102
Бурение под кондуктор
40-705		i. УБТС		Д	44,0	688,1	672,1	22,61	22,61
Бурение под эксплуатационную колонну
705-2585		ii. УБТС		Д	44,0	2554,4	2542,4	16,952	16,952

Таблица 37 - Характеристика компоновок бурильной колонны

Услов-ный номер КНБК	Интервал бурения, м	Элементы КНБК	Назначение
типоразмер, шифр	ГОСТ, ОСТ на изготовление	наруж-ный диаметр, мм	длина, м	вес, кН
от (верх)	до (низ)
			III 393,7 М-ЦГВУ R227	ГОСТ 20692-2003	393,7	0,53	1,68	Бурение под направление, проработка
УБТ	ТУ 14-3-835-79			33,9
			III 295,3 МС3-ГНУ R37	ГОСТ 20692-2003	295,3	0,425	0,92	Разбуривание башмака направления, бурение под кондуктор вертикального участка
ТСШ-240 (1 секция)	ГОСТ 26693-85		9,742	19,53
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85		0,58	0,50
УБТ	ТУ 14-3-835-79	178,0		22,61
			III 295,3 МС3-ГНУ R37	ГОСТ 20692-2003	295,3	0,425	0,92	Проработка интервала
Калибратор 13КИ-295,3МСТ	ОСТ 39-078-79	295,3	0,74	1,12
ТСШ-240 (1 секция)	ГОСТ 26693-85		9,742	19,53
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85		0,58	0,50
УБТ	ТУ 14-3-835-79	178,0		22,61
		(247)	III 295,3 МС3-ГНУ R37	ГОСТ 20692-2003				Бурение интервала набора кривизны
Калибратор 9КП-295,3МСТ	ОСТ 39-078-79
ТСШ-240 (1 секция)	ГОСТ 26693-85
Кривой переводник	ГОСТ 26673-85
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85
Телесистема	Sperry-Sun, Halliburton

Продолжение таблицы 37

	(247)	(705)	III 295,3 МС3-ГНУ R37	ГОСТ 20692-2003				Стабилизация зенитного угла
Калибратор 9КП-295,3МСТ	ОСТ 39-078-79
ТСШ-240 (1 секция)	ГОСТ 26693-85
Центратор 292 мм	ТУ ЦБПО БНО ОАО «СНГ»
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85
УБТ	ТУ 14-3-835-79
		(705)	III 295,3 МС3-ГНУ R37	ГОСТ 20692-2003				Шаблонировка (проработка) под кондуктор
Калибратор 9КП-295,3МСТ	ОСТ 39-078-79
ТСШ-240 (1 секция)	ГОСТ 26693-85
Центратор 292 мм	ТУ ЦБПО БНО ОАО «СНГ»
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85
УБТ	ТУ 14-3-835-79
	(705)	(984)	III 215,9 МС-ГН R44	ГОСТ 20692-2003				Разбуривание башмака кондуктора, стабилизация зенитного угла
Калибратор 9-КП 215,9МС	ОСТ 39-078-79
3ТСШ1-195 (3 секции)	ГОСТ 26673-85
Кольцо СТК (РСТК)	ТУ ЦБПО БНО ОАО «СНГ»
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85
БП –165,1	ГОСТ 26.008-85
УБТ	ТУ 14-3-835-79

Продолжение таблицы 37

	(984)	(1756)	III 215,9 СЗ-ГНУ R51	ГОСТ 20692-2003				Стабилизация зенитного угла
Калибратор 9-КП 215,9МС	ОСТ 39-078-79
3ТСШ1-195 (3 секции)	ГОСТ 26673-85
Кольцо СТК (РСТК)	ТУ ЦБПО БНО ОАО «СНГ»
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85
БП –165,1	ГОСТ 26.008-85
УБТ	ТУ 14-3-835-79
ТБПК 127x9	ГОСТ Р 50278-92
ЯСС	ТУ 14-3-1571-88
	(1756)	(2085)	III 215,9 СЗ-ГАУ R269	ГОСТ 20692-2003				Бурение интервала стабилизации зенитного угла, набора кривизны
Калибратор 9-КП 215,9МС	ОСТ 39-078-79
ДГР-178.6/7.57	ТУ 3664-005-14030039-2000
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85
БП –165,1	ГОСТ 26.008-85
Телесистема	Sperry-Sun, Halliburton
ТБПК 127x9	ГОСТ Р 50278-92
ЯСС	ТУ 14-3-1571-88
	(705)	(2085)	III 215,9 СЗ-ГАУ R269	ГОСТ 20692-2003				проработка под эксплуатацион-ную колонну
Калибратор 9-КП 215,9МС	ОСТ 39-078-79
УБТ	ТУ 14-3-835-79
КОБК ″178″ГМ	ГОСТ 26.008-85
ТБПК 127x9	ГОСТ Р 50278-92
БП –165,1	ГОСТ 26.008-85
ЯСС	ТУ 14-3-1571-88

Продолжение таблицы 37