Розраховуємо бурильну колону на статичну міцність. Умова статичної міцності бурильної колони при роторному способі буріння згідно четвертої теорії в загальному випадку має такий вигляд:

| (2.7)

де: уЕ – еквівалентне напруження, Па

уОС – осьові напруження (розтягу або стиску), Па

уЗГ – напруження згину, Па

фКР – напруження кручення, Па

уТ – межа текучості матеріалу труби, Па

n – коефіцієнт запасу міцності, для нормальних умов буріння n = 1,45 3.

спр спр

Gі – 1 ( 1 – –––––) + ?і qі ( 1 – –––––) + GТ

см см

уОС = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––,

Fі | (2.8)

де: Gі – 1 – сумарна вага всіх секцій колони, розташованих нижче проектованої, Н

?і, qі, Fі – відповідно довжина, вага одного метра та площа поперечного перерізу тіла труби секції, що розраховується, м, Н/м, Н/м2

GТ – навантаження, яке створюється внаслідок перепаду тиску, Н.

GТ = (рД + рОБТ) Ч ––––– Ч dВ2,

4 | (2.9)

де: рД, рОБТ – відповідно перепад тиску в долоті і ОБТ, Н/м2

dВ – найменший внутрішній діаметр, м.

2 Е І f

уЗГ = ––––––––––––––,

?П2 WЗГ | (2.10)

де: f – стрілка прогину, м

?П – довжина півхвилі згину, м

WЗГ – момент опору при згині, м3.

Дс – dЗМ

f = –––––––––,

2 | (2.11)

де: Дс – діаметр свердловини, м

dЗМ – зовнішній діаметр замка, м.

| (2.12)

де: – кутова швидкість, с-1

g – прискорення вільного падіння, g = 9,81 м/с2

z – віддаль від нейтрального перерізу (уОС = 0) до того місця в колоні, де шукають довжину півхвилі згину, м.

Знак “+” – для розтягнутої, а знак “–” – для стиснутої частини колони.

МКР МКРі-1 + МКРі

фКР = ––––– = ––––––––––––,

WКР WКРі | (2.13)

де: МКРі-1 – крутний момент, що передається нижче розташованій секції, Н м

МКРі – крутний момент на холосте обертання, Н м

WКрі – момент опору при крученні, м3.

Для розрахунку першої секції бурильної колони

МКРі-1 = МД + МхоКНБК, | (2.14)

де: МД – момент на долоті, Н м

МхоКНБК – момент на холосте обертання КНБК, Н м.

При розрахунку наступних секцій у формулу (2.14) додається момент на холосте обертання попередньої секції

Мхоі = в спр 0,7 dі2 ?і, | (2.15)

де: в – коефіцієнт, який залежить від ступеня викривлення свердловини, в нашому випадку в = 0,99 10-2[3]

dі – зовнішній діаметр секції бурильної колони, що розраховується, м

?і – довжина секції бурильної колони, що розраховується, м.

У формулу (2.7) замість напружень уОС, уЗГ, фКР підставляємо відповідні їм значення з формул (2.8), (2.10) та (2.13). Розв’язуємо квадратне рівняння відносно “?і”.

| (2.16)

де: ві = Gі-1 + GТ | } | (2.17)

спр

= К ( 1 – –––––)

см

Sі = qі

Fі

аі = 3 (–––––)2

WКР

еі = в спр 0,7 dі2

уТі Ч Fі

сі = (–––––––––)2.

n

К = 1, якщо свердловина має викривлення до 15.

Якщо сумарна довжина КНБК, ОБТ, наддолотного комплекту та першої секції, розрахованої за формулою (2.16), менша за довжину (глибину) свердловини, то за першою секцією встановлюють другу, міцнішу (з більшою товщиною стінки чи більшої міцності), довжину якої знаходять аналогічно.

Розрахунок проводять у такій послідовності:

визначають довжину секції встановленої безпосередньо над наддолотним комплектом, починаючи з труб мінімальної групи міцності

знаходять вагу секції, що розраховується і величину моменту на холосте обертання даної секції

знаходять сумарну вагу всіх секцій і величину крутного моменту у верхній частині розрахованої секції

підбирають товщину стінки і групу міцності сталі для наступної секції і повторюють попередні пункти.

Так поступають до тих пір, поки сумарна довжина КНБК, ОБТ, наддолотного комплекту та всіх секцій не стане рівною або більшою довжині (глибині) свердловини.

При необхідності довжину останньої секції корегують до потрібної.

в = 336300 0,8497 + 46329 = 332083,11

1180

= 1 ( 1 – –––––) = 0,8497

7850

s = 289 0,8497 = 245,5 Н/м

е = 0,99 10-2 1180 6,280,7 0,1272 = 0,682

3,14

F = ––––– (0,1272 – 0,1072) = 3,67 10-3 м2

4

3,14 0,1274 – 0,1074

WКР = ––––– (–––––––––––––––) = 1,99 Ч 10-4 м3

16 0,127

3,67 Ч 10-3

а = 3 (–––––––––––)2 = 1020

1,99 Ч 10-4

380 Ч 106 Ч 3,67 Ч 10-3

с = (–––––––––––––––––––––)2 = 9,25 Ч 1011

1,45

Але для наддолотного комплекту потрібно лише 200 м.

G = 289 300 = 86700 Н

Мхо = 0,99 10-2 1180 6,280,7 0,1272 300 = 204 Н м

G = 249600 + 86700 = 336300 Н

М = 6913 + 204 = 7117 Н м.

Результати розрахунків занесемо в таблицю 2.6.

Розраховуємо бурильну колону на витривалість.

Цей розрахунок є перевірочним і полягає у визначенні узагальненого коефіцієнта запасу міцності із врахуванням осьових, дотичних, згинаючих та знакозмінних напружень в перерізах над долотом, в місцях переходу від однієї секції ОБТ до іншої, в місці переходу ОБТ до бурильних труб, між першою та другою бурильними трубами над ОБТ та в усіх інших переходах від секції до секції та на усті свердловини.

За розрахункові перерізи слід приймати:

а) для ОБТ і бурильних труб з нагвинченими замками – основну площину трубної різьби

б) для бурильних труб з приварними з’єднуючими кінцями – переріз по тілу труби (не висадженій частині).

Розрахунок проводимо у такій послідовності:

1. Визначаємо осьові напруження в розрахунковому перерізі:

Gі

уОС = –––––,

Fі | (2.18)

де: Gі - вага усіх секцій, що навантажують переріз, Н

Fі – площа поперечного перерізу, м2.

Fі = ––––– (dЗі2 – dВі2),

4 | (2.19)

де: dЗі , dВі – відповідно зовнішній і внутрішній