Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт недропользования
Кафедра нефтегазового дела
ОТЧЕТ
по практической работе №5
«Расчет изгибающих напряжений в бурильной колонне
при роторном способе строительства скважин»
по дисциплине:
«Наклонно-направленное, горизонтальное бурение
и зарезка боковых стволов»
Выполнил студент группы НДб-15-2 ___________ Е.Р. Ильинец
Проверил Доцент к.т.н. ___________ Н.А.Буглов
Иркутск 2019 г.
Цель работы:
Освоить методику расчета изгибающих напряжений, возникающих в бурильной колонне при роторном способе строительства скважин. Рассмотреть зависимость напряжения от частоты вращения колонны и плотности бурового раствора;
Исходные данные:
Длина бурильной колонны: L=3200 м;
Частота вращения колонны: n=40, 80, 120, 160 об/мин;
Плотность бурового раствора: γраст=1.1, 1.3, 1.5 г/см3
Наружный диаметр бурильной колонны: Dн=127 мм;
Внутренний диаметр бурильной колонны: Dвн=109 мм;
Интенсивность искривления ствола скважины i=0.15, 0.23 ˚/10 м;
Шаг 20 метров.
При вращении колонны бурильных труб под действием центробежных сил она приобретает волнообразную форму.
В результате в теле труб возникают изгибающие моменты и как следствие изгибающие напряжения. Так как колонна вращается вокруг собственной оси, а не вокруг оси скважины, при каждом обороте сжатая и растянутая части меняются местами и происходит циклическое изменение изгибного напряжения, что приводит к вероятности усталостного слома бурильных труб. Наиболее опасные сечения – верхние сечения равнопрочной секции, участки искривления скважины, места резкого изменения жёсткости бурильной колонны.
Методика выполнение работы
Вычисляется угловая скорость:
где n – частота вращения бурильной колонны, об/мин.
Определяется осевое усилие в выбранном сечении:
где L – длина бурильной колонны, м;
q– вес погонного метра трубы в буровом растворе, кг:
где q0 – вес одного погонного метра трубы, кг;
γраст – плотность бурового раствора, г/см3;
γст – плотность стали, г/см3;
Определяется длина полуволны синусоиды образовавшейся в результате потери устойчивости:
где Е – модуль Юнга, 2.1·106 кгс/см2;
g – ускорение свободного падения, 9.8 м/с2;
I – осевой момент инерции, для тонкостенной трубы:
где h– толщина стенки трубы, мм.
Определяется напряжение изгиба по длине полуволны:
где  – стрела прогиба трубы:
где Dc – диаметр скважины, мм.
dзм – диаметр замка, мм.
Определяется изгибающее напряжение в бурильной колонне в искривленных участках скважины:
где R – радиус искривления ствола скважины:
i – интенсивность искривления.
Определяется суммарное изгибающее напряжение:
Пример расчета
В качестве примера будет приведен расчет напряжения изгиба бурильной колонны на глубине 3200 метров, при частоте вращения колонны 40 об/мин и плотностью бурового раствора 1.1 г/см3
Угловая скорость:
Вес погонного метра трубы в буровом растворе:
Осевое усилие в выбранном сечении:
Осевой момент инерции, для тонкостенной трубы:
Длина полуволны синусоиды образовавшейся в результате потери устойчивости:
Стрела прогиба трубы:
Напряжение изгиба по длине полуволны:
Радиус искривления скважины:
Изгибающее напряжение в искривленном участке:
Общее изгибающее напряжение:
Расчеты для дальнейших комбинаций вариантов представлены в таблицах 1-12.
Таблица 1 - Результаты расчетов для n=40 об/мин , γ=1.1 г/см3
|
Глубина, м
|
Растягивающая нагрузка, кг
|
Длина полуволны, м
|
Напр. Изгб. По длине полуволны, МПа
|
Суммарное изгибающее напряжение (i=0,15), МПа
|
Суммарное изгибающее напряжение (i=0,23), МПа
|
3200
|
73234,3
|
202,9
|
0,13
|
35,04
|
53,66
|
3180
|
72776,6
|
202,2
|
0,14
|
35,04
|
53,66
|
3160
|
72318,9
|
201,6
|
0,14
|
35,04
|
53,66
|
3140
|
71861,1
|
200,9
|
0,14
|
35,05
|
53,66
|
3120
|
71403,4
|
200,3
|
0,14
|
35,05
|
53,66
|
3100
|
70945,7
|
199,7
|
0,14
|
35,05
|
53,66
|
3080
|
70488,0
|
199,0
|
0,14
|
35,05
|
53,67
|
3060
|
70030,3
|
198,4
|
0,14
|
35,05
|
53,67
|
3040
|
69572,6
|
197,7
|
0,14
|
35,05
|
53,67
|
3020
|
69114,9
|
197,1
|
0,14
|
35,05
|
53,67
|
3000
|
68657,1
|
196,4
|
0,14
|
35,05
|
53,67
|
2980
|
68199,4
|
195,8
|
0,14
|
35,05
|
53,67
|
2960
|
67741,7
|
195,1
|
0,15
|
35,05
|
53,67
|
2940
|
67284,0
|
194,4
|
0,15
|
35,05
|
53,67
|
2920
|
66826,3
|
193,8
|
0,15
|
35,06
|
53,67
|
2900
|
66368,6
|
193,1
|
0,15
|
35,06
|
53,67
|
2880
|
65910,9
|
192,5
|
0,15
|
35,06
|
53,68
|
2860
|
65453,1
|
191,8
|
0,15
|
35,06
|
53,68
|
2840
|
64995,4
|
191,1
|
0,15
|
35,06
|
53,68
|
2820
|
64537,7
|
190,4
|
0,15
|
35,06
|
53,68
|
2800
|
64080,0
|
189,8
|
0,15
|
35,06
|
53,68
|
2780
|
63622,3
|
189,1
|
0,15
|
35,06
|
53,68
|
2760
|
63164,6
|
188,4
|
0,16
|
35,06
|
53,68
|
2740
|
62706,9
|
187,7
|
0,16
|
35,07
|
53,68
|
2720
|
62249,1
|
187,0
|
0,16
|
35,07
|
53,68
|
2700
|
61791,4
|
186,3
|
0,16
|
35,07
|
53,69
|
2680
|
61333,7
|
185,6
|
0,16
|
35,07
|
53,69
|
2660
|
60876,0
|
185,0
|
0,16
|
35,07
|
53,69
|
2640
|
60418,3
|
184,3
|
0,16
|
35,07
|
53,69
|
2620
|
59960,6
|
183,6
|
0,16
|
35,07
|
53,69
|
2600
|
59502,9
|
182,9
|
0,17
|
35,07
|
53,69
|
2580
|
59045,1
|
182,2
|
0,17
|
35,07
|
53,69
|
2560
|
58587,4
|
181,4
|
0,17
|
35,08
|
53,69
|
2540
|
58129,7
|
180,7
|
0,17
|
35,08
|
53,70
|
2520
|
57672,0
|
180,0
|
0,17
|
35,08
|
53,70
|
2500
|
57214,3
|
179,3
|
0,17
|
35,08
|
53,70
|
2480
|
56756,6
|
178,6
|
0,17
|
35,08
|
53,70
|
2460
|
56298,9
|
177,9
|
0,17
|
35,08
|
53,70
|
2440
|
55841,1
|
177,1
|
0,18
|
35,08
|
53,70
|
2420
|
55383,4
|
176,4
|
0,18
|
35,09
|
53,70
|
Продолжение таблицы 1
|
Глубина, м
|
Растягивающая нагрузка, кг
|
Длина полуволны, м
|
Напр. Изгб. По длине полуволны, МПа
|
Суммарное изгибающее напряжение (i=0,15), МПа
|
Суммарное изгибающее напряжение (i=0,23), МПа
|
2400
|
54925,7
|
175,7
|
0,18
|
35,09
|
53,71
|
2380
|
54468,0
|
174,9
|
0,18
|
35,09
|
53,71
|
2360
|
54010,3
|
174,2
|
0,18
|
35,09
|
53,71
|
2340
|
53552,6
|
173,5
|
0,18
|
35,09
|
53,71
|
2320
|
53094,9
|
172,7
|
0,19
|
35,09
|
53,71
| |
Скачать 0.73 Mb.