Порядок расчета бурильной колонны

При роторном бурении на бурильную колонну действуют в основном следующие усилия:

1. осевое усилие растяжения от собственного веса колонны

2. при подъемке ее от забоя, когда наиболее опасное сечение находится в верхней части;

. осевое усилие сжатия от веса колонны, когда наиболее опасное сечение находится в нижней части;

. изгибающий момент, возникающий в результате действия центробежных сил;

. крутящий момент, передаваемый колонной для разрушения горной породы на забое;

. напряжение растяжения, вызванное прокачиванием раствора в колонне под давлением.

В зависимости от возникающих усилий рис. 2 опасным может являться верхнее сечение т-т в момент начала подъема (совместное действие растяжения от собственного веса и кручения); нижнее сечение п-п бурильных труб в месте резьбового соединения (совместное действие усилий сжатия и кручения).

Обсадные колонны рассчитывают на прочность согласно инструкции, разработанной ВНИИТнефти Наблюдения показали, что обсадные колонны разрушаются под действием избыточных внутренних и наружных давлений, а также собственного веса. Распространены повреждения обсадных колонн вследствие их протирания бурильными трубами при роторном бурении и нарушения герметичности резьбовых соединений.

Прочность обсадных колонн рассчитывается по следующим условиям:

1. на внутреннее давление n = pт/pв ≥ [n];

2. на наружное давление S = ркр/рн ≥ [S];

. на растяжение K = рст/G ≥ [k]

где рт, ркр, рст - предельные внутреннее и наружное давления, и растягивающая нагрузка обсадной колонны; рв, рн, G - избыточные внутреннее и наружное давления, растягивающая нагрузка; п, S, k - запасы прочности по внутреннему, наружному давлению и растягивающей нагрузке; [п], [S], [k] - допускаемые запасы прочности обсадных колонн по внутреннему, наружному давлению и растяжению.

Предельное внутреннее давление, характеризующее сопротивляемость трубы внутреннему давлению, определяется по давлению, при котором напряжения в меридиональном сечении трубы достигают предела текучести. Величина этого давления, зависящая от диаметра, толщины стенки и материала трубы, вычисляется по формуле

где δ - номинальная толщина стенки трубы, мм; σт - предел текучести материала труб, МПа; D - наружный диаметр трубы, мм; с - коэффициент, учитывающий допускаемое по ГОСТ 632-80 отклонение толщины стенки трубы от номинального значения (с=0,875).