Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Практика показала, что большинство прихватов ликвидируется при комбинированном использовании установок различных ванн и расхаживания колонны, причем результативность опе­раций увеличивается при поворачивании колонны ротором на определенное число оборотов. При отдельных видах прихватов прокручивание — единственный способ освобождения инстру­мента. Эта операция почти безопасна, так как обрыв труб при кручении происходит значительно реже, чем при растяжении. Кроме того, частое расхаживание труб без нарушения контакта металла со стенкой скважины не только не предупреждает, но, наоборот, увеличивает силы прихвата, так как инструмент, вдавливаясь глубже в фильтрационную корку, контактирует с
более плотными ее слоями, в результате возрастает коэффи­циент сопротивления сдвига.

Автор при исследованиях свойств глинистых корок на при­боре ПС-ГК установил, что уменьшение времени между стра — гиваниями индентора (без отрыва его от корки) увеличивает коэффициент сопротивления.

Существующие методики неприменимы для расчетов закру­чивания секционных колонн, т. е. колонн, составленных из труб,, различных по длине и диаметру, а также групп прочности сталей.

Допустимое число оборотов при закручивании прихваченной колонны, состоящей из разноразмерных бурильных труб, с учетом веса свободной части инструмента в скважине, запол­ненной промывочной жидкостью, может быть определено сле­дующим образом.

В общем случае степень закручивания одноразмерной ко­лонны бурильных труб определяется зависимостью

где ф — степень закручивания бурильных труб, об; М — кру­тящий момент, приложенный к трубам {M=xW, где т — допу­стимое касательное напряжение при кручении, кгс/см2; W — момент сопротивления кольцевого сечения бурильных труб, см3), кгс-см; L — длина бурильных труб, см; G — модуль уп­ругости II рода (для стали 8-105 кгс/см2; для сплава Д16Т, из которого изготовляют ЛТБ, — 2,7-105 кгс/см2, температура ком­натная), кгс/см2; I — полярный момент инерции кольцевого се­чения бурильных труб, см4; т находят из уравнения результи­рующего напряжения в верхней части подвешенной колонны бурильных труб, согласно третьей теории прочности,

(56)

где сгр — растягивающее напряжение от действия собственного веса свободной части колонны бурильных труб, кгс/см2; от — предел текучести металла труб при растяжении, кгс/см2; К — коэффициент запаса прочности.

Из уравнения (56)

(57)

Растягивающее напряжение ор от действия собственного веса свободной части колонны одноразмерных бурильных труб можно определить как

(58)

°р — L (рм Рж)>
где L — длина свободной части колонны, см; рм и рж — соот­ветственно удельный вес металла бурильных труб и промывоч­ной жидкости, кгс/см3.

Подставляя значение ар в неравенство (57), получаем

TOC o "1-5" h z т< /а?-12(рм-рж)/С2 (59)

тогда

М < тГ < /а?- L2 (рм- ржу к2 ^ . (60)

Решая совместно уравнения (55) и (60) и учитывая, что W/I = 2/D, так как для кольцевого сечения бурильных труб

W = —- (-4-~di)~, а / = —(D4 — d4)

16 D 32 v

{.D — наружный диаметр бурильных труб, см; d — внутренний диаметр бурильных труб, см), получаем

/o2t-L2 (Рм-рж)2К2ь

Ф< —— ———————————- .————————————————- 61)

Y 2, nKGD ‘ ‘

На основании расчетов по формуле (61) построили номо­граммы для определения допустимого числа оборотов свобод­ной части прихваченной бурильной колонны для групп проч­ности сталей Д, К, Е и сплава Д16Т (рис. 15). При расчетах принимали:

Трубы………………………………………………………….. Стальные ЛБТ

К……………………………………………………………………… 1,5 1,8

Рм—Рж> кгс/см3…………………………………………… 6,6-10-3 1,53-10 3

Пользуясь номограммами, можно определить углы закручи­вания одноразмерных бурильных колонн с учетом совместного действия растягивающих и крутящих нагрузок.

Если бурильная колонна составлена из труб различного диаметра, изготовленных из сталей разных марок с различной толщиной стенки, то допустимый угол закручивания рассчиты­вают следующим образом.

1. Поинтервально, снизу вверх, для каждой одноразмерной •секции бурильных труб определяют допустимый крутящий мо­мент

л[o2Tm—^QnfQn-‘■ + ■ • • + Qm(I — —Eg-)T‘ K2 X

V * [ D2m~d2m P“’J X, (62)

Мт <

Рис. 15. Номограммы для определения допустимого числа оборотов одноразмерной колонны бурильных труб. Сталь группы прочности: а — Е, ат =5500 кгс/см2; 6 — К, СГТ =5000 кгс/см2; в — D, ат —кгс/см2;; г — сплав Д16Т, сгт = 3000 кгс/см2 (Г—75° С); Диаметр бурильных труб, мм: 1 — 73; 2 — 89; 3 — 102; 4—114; 5 — 127; 6 — 140; 7 — 168; 8 — 93; 9 — 147

" Т I / ‘ Верхняя гранит

d„ Верхняя граница

(63)

.+ ■

ф<

Qntn J ’

Gala

где Мт — допустимый крутя­щий момент для наиболее опасного верхнего сечения рассматриваемого участка ко­лонны, кгс-см; Отт — предел текучести металла труб рас­сматриваемого участка колон­ны, кгс/см2; Qn, Qn-i и т. д.- вес одноразмерных секций ко­лонны в воздухе, кгс (рис. 16); Dm, dm — соответственно на­ружный и внутренний диамет­ры рассматриваемого участка колонны, см; рж, рм — соот­ветственно удельный вес про­мывочной жидкости и металла бурильных труб, кгс/см3; К — коэффициент запаса прочно­сти; Wm — момент сопротив­ления рассматриваемого се­чения колонны бурильных труб, см3.

2. По результатам расчетов выбирают минимальный допу­стимый крутящий момент и подсчитывают для него допустимое число оборотов прихваченной колонны: ^Imin Г tl | | | In

Рис. 16. Схема секционной буриль­ной колонны

^min Г!,1я L G1Il

где Mmri — минимальный крутящий момент, полученный при подсчетах допустимого крутящего момента для одноразмерных секций колонны бурильных труб, кгс-см; U, 12 и т. д. — длина секций одноразмерных бурильных труб, см; Git G2 и т. д. — модули упругости металла труб при сдвиге, кгс/см2; /*, /2 и т. д. — полярные моменты инерции труб, см4. Приведенные расчеты справедливы в тех случаях, когда вес инструмента на крюке равен весу его свободной части с уче­том облегчения в жидкости, т. е. когда нейтральное (не испы­тывающее напряжений) сечение колонны находится на верхней границе прихвата. Если прихваченный инструмент вращается при натяжении колонны, превышающем вес ее свободной части, то допустимый крутящий момент определяют по секциям сверху вниз по фор­муле

Кг — Л. (64)

if А 2К

_ т art

где F — сила натяжения инструмента, кгс.

Пример. Расчет допустимого угла закручивания секционной колонны бурильных труб.

Условия. Бурильный инструмент прихвачен на глубине 4300 м. Сво­бодная часть состоит из четырех секций бурильных труб.

№ секции	Диаметр труб, мм	Длина секции, м	Г руппа прочности стали трубы	СТТ, кгс/см2
наружный	внутренний
1	146	124	1500	Е	5500
2	146	128	1000	Д	3800
3	114	94	1000	Е	5500
4	114	98	800	К	5000

Скважина заполнена буровым раствором

рж, кгс/см3………………………………………………….. 1,25-10—3

р„, кгс/см3…………………………………………………. 7,85-10—3

К……………………………………………………………………. 1,5

G, кгс/см2……………………………………………………… 8-105

Решение. Определим для каждой из четырех секций бурильных труб допустимый крутящий момент в верхних сечениях:

/ V

1,25-10~3 7,85-10

16

20 160

-У

1,5* X

Af,<

50002

3,142 216 ООО кгс-см;

11,42 — 9,82

132 2-1,5

X

yf 55002

1,25-10—3 7,85-10-3

16 Г 20 160+ 29 900

• 1,53 X

М,

3,14* L = 268 000 кгс-см.

11,42 — 9,42

1 56 2-1,5

X

М2=219 000 кгс-см;

Аналогично, для верхних сечений других секций ^6 = 373 000 кгс-см.

Следовательно, минимальный крутящий момент 216 000 кгс-см может быть приложен к четвертой секции бурильных труб. Из этого условия и находят допустимую степень закручивания прихваченной колонны буриль­ных труб для рассматриваемого случая:

216 000 f 150 000 100000

‘ 8-105-1825 = 13,9 об.

ф< ",1-3,14 8-‘™ ПП1П + ° ,Л,; ,оос +

2 100 000

1О5-2240 80 000

Если принять, что прихваченный инструмент закручивается при натяже­нии колонны F= 140 ООО кгс, то

TOC o "1-5" h z I6 Г 140 000 12 250

М1<Л/ 55002 —————— ———————— • 1,52 —————- =

V 3,142 L 14,62 — 12,42 J 2-1,5

= 304 000 кгс • см;

Г г f 25 “12

/ 140000-60600 1 —у—)

м2< |/ 55002———————————————— — ^ : — 1,52 X

f 3,142 L 14,62 — 12,82 J

250

X ——— — = 135 000 кгс-см.

2 * 1,5

Аналогично Л43=248 000 кгс-см; М4 = 202 000 кгс-см, следовательно,

135 000 ^ 150 000 100 000

ф_ 2,1-3,14 V 8 • Ю5 ■ 2240 + 8 ■ 10» • 1825 +

100 000 80 000

+ 8 ■-105 . 891 + ~8-106-753 / = 8>6 °б = 54 РаД’

Один комментарий на “ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОГО УГЛА ЗАКРУЧИВАНИЯ НЕПРИХВАЧЕННОИ ЧАСТИ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ”