Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Результативность устройств, применяемых для ликвидации прихватов, зависит от развиваемых ими сил и места их прило­жения. Важной расчетной характеристикой при этом является динамическая нагрузка, сообщаемая прихваченной части ко­лонны. Расчет динамических нагрузок целесообразно выпол­нять на примере устройства ударного действия [2], в котором

Рис. 30. Схема расположения ко­лонны с прихваченными трубами: 1 — наковальня; 2 — молот; 3 — бу­рильные трубы; 4 — прихваченные трубы

Рис. 31. Диаграмма сила — удли­нение

назовем ударный элемент молотом, а элемент, которому пере­дается удар и который соединен с прихваченной колонной труб, — наковальней (рис. 30). Обычно перед нанесением уда­ра молот вводят в зацепление (заряжают), затем при созда­нии осевой нагрузки или проворачивании происходит его срыв и удар по наковальне, при этом свободная часть прихва­ченных труб растягивается.

При расчете растягивающих сил во время удара возникает известная задача о динамическом нагружении стержня.

В принятой расчетной схеме: h — свободный ход молота, 12— длина свободной части труб от места прихвата до элемен­та зацепления молота; 1 — расстояние от устья скважины до наковальни.

В связи с небольшой величиной свободного хода и пола­гая, что скважина вертикальна, а элементы верхней части ко­лонны и свободной части прихваченных труб упругие, силами сопротивления при движении колонны труб при срыве молота с зацепления можно пренебречь. Обычно 1^>12, так как сво­бодную часть труб отвинчивают и извлекают вблизи места прихвата. В первом приближении диаграмму сила — удлине­ние при заряжении устройства можно представить в следую­щем виде (рис. 31), где N — сила натяжения при заряжении устройства. Согласно этой диаграмме, упругая энергия дефор­мации свободной части прихваченной колонны труб длиной 12 будет равна

— Alt = — (A/i + A/j — h — А/а) (h + А/а). (96)

2 l2 2 h

Считая, что Ei=E2=E, получаем

Alt ( + — 2 (Д/х — h) Л/2 — Л'(2А/Х — К) = 0. (97>

^ А У

Исходя из этого уравнения, определяем удлинение свобод­ной части прихваченной колонны:

А/,—h A/j,—h

X

А/,

1

1

Ргк

Fik

+

+

Мг

Fik У J (99> (100>

Даже при нулевом ходе h = 0 2Qct

, + 1/ .

Fll 2

<2д

А*,

т. е. возможны устройства ударного типа с очень малыми хо­дами, но тем не менее с высокими динамическими нагрузками? в момент удара.

После преобразования выражение (98) можно представить» в виде уравнения

Л / ________ ^___ I

TOC o "1-5" h z 1 /(^М2+2ШТГ1 + —W У I ■+7К-/ ‘ + 7Й — , + W

из которого видно, что если натяжение такое, что Ah = h, то А/2 = — . (102)

Г F ]

V’ |+Д^

Принимая во внимание, что = ^

h

{N — сила натяжения),

легко получить соотношение

<?д = ^ — • (ЮЗ)

|/ +

Обычно в практике Ei«F2, тогда

^7W — ‘ (104)

. Если учесть, что U^>12, то получим простое выражение для

определения динамической нагрузки в случае

h = А/х (при QCT = 0),

е,=лгр^. (Ю5)

Пример. Определить динамическую нагрузку.

Данные: h=Ali = 20 см; Fl=F2:=F=4Q см2; £=2-106 кгс/см2; h =

= 1000 м; /2=Ю м.

Решение:

EFAI. 2-106-40-20

N =———— =————————- = 16 -103 кгс.

I 100 000

Тогда

г

/ 1000

фд = 16-10® |/ —= 16-Ю4 кгс.

В общем случае в качестве расчетной формулы можно ис­пользовать выражение (99), а для частных задач, когда /г = 0 или /i = A/i, соответственно выражения (100), (103), (104).

Согласно полученным выражениям, можно оценивать на­грузки, действующие на прихваченную колонну труб в момент удара, что позволит правильно выбирать нагрузки, предотвра­тить возможные порывы труб при ликвидации аварий и рас­считывать элементы конструкции ударных устройств.

Следует отметить, что при расчете динамической нагрузки не были учтены упругие связи для колонны прихваченных труб и силы сопротивления при движении верхней части труб. По­этому полученные зависимости следует рассматривать в каче­стве верхней оценки, что является вполне удовлетворительным при расчетах на прочность.

Комментарии запрещены.