Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОГО УГЛА ЗАКРУЧИВАНИЯ НЕПРИХВАЧЕННОИ ЧАСТИ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

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 сболее 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 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)

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

°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)

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

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:

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

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

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

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

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.