Конструирование равнопрочной обсадной колонны

Рассчитаем предварительную длину второй секции

и предварительный вес секции

Уточним сминающее давление для трубы третьей секции

и графически глубину спуска третьей секции, которая составит

Тогда длина второй секции равна

и ее вес

Проверим резьбу трубы третьей секции на страгивание:

т.е. трубы второй секции выдержали проверку на страгивание.

Формирование третьей секции.  С глубины и выше ставим трубы с толщиной стенки . Графически по величине рсм4 = 17,4 МПа определяем предварительную глубину спуска труб четвертой секции (), которая составит     

Рассчитаем предварительную длину третьей секции

Устанавливать секцию такой длины нет смысла, поэтому проверим, нельзя ли из труб с этой толщиной стенки составить всю третью секцию

Проверим резьбу трубы третьей секции на страгивание:

Таким образом, предположение, что трубы с толщиной стенки можно установить от устья скважины, не подтвердилось.

В таком случае сформируем третью секцию на сколько возможно из стали D, а четвертую секцию из стали Е.

Следует уточнить длину третьей секции. Для этого составим уравнение:

отсюда

Уточненный вес третьей секции

Выше устанавливаем трубы из стали Е.

Формирование четвертой секции.

Вычисляем длину четвертой секции

Принимаем четвертую секцию из трубы стали Е с толщиной стенки

Вычисляем возможную длину секции

Т.к. этой длины не достаточно пробуем применение трубы из стали Е в четвертой секции с толщиной стенки

Вычисляем возможную длину секции

Принимаем длину четвертой секции 1193 м.

Уточненный вес четвертой секции

Полученные данные заносим в таблицу

Выбор типа и класса долота.

Шарошечные долота выпускаются разных типов в соответствии с твердостью горных пород и двух классов в соответствии с их абра­зивностью. Факторами, определяющими тип долота, являются средняя и наибольшая величины твердости горных пород с заданной вероят­ностью (принимаем Р = =0,95 [1]  ). В нашем случае сделано 10  замеров, тогда

среднее значение твердости:

Среднее квадратическое отклонение:

(3,6 − 4,9)2 = 1,69

(5,5 − 4,9)2 = 0,36

(6,4 − 4,9)2 = 2,25

(5,4 − 4,9)2 = 0,25

(4,0 − 4,9)2 = 0,81

(6,2 − 4,9)2 = 1,69

(6,0 − 4,9)2 = 1,21

(4,7 − 4,9)2 = 0,04

(3,6 − 4,9)2 = 1,69

(4,0 − 4,9)2 = 0,81

Высчитываем величину наибольшего РШв с заданной вероятностью

где - среднее значение твердости;

      - среднее квадратическое отклонение;

       - параметр распределения Стьюдента (принимаем )

4,9+2 · 1,09 = 7,1;

По величинам и подбираем тип долота.

В соответствии с ГОСТ 20692-75 изготовляются шарошечные долота следующих типов:

М- для бурения мягких пород;

МЗ- для бурения мягких абразивных пород;

МС- для бурения пород мягких с пропластками средней твердости;

МСЗ- для бурения мягких абразивных пород с пропластками средней твердости;

С- для бурения пород средней твердости;

СЗ- для бурения абразивных пород средней твердости;

СТ- для бурения  пород средней твердости с пропластками твердых;

Т- для бурения твердых пород;

ТК- для бурения твердых пород с пропластками крепких;

ТКЗ- для бурения твердых абразивных пород с пропласкими крепких;

К- для бурения крепких пород;

ОК- для бурения очень крепких пород.

Для выбора долот имеем следующие данные: (таблица 3.1 [5])

  4,9; 7,1;

Выбираем долото СТ.

Для наглядности и более точного обоснования выбора строим номограммы.

1.На оси абсцисс откладываем величину и из полученной точки восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с наклонной прямой. Из точки пересечения проводим вспомогательную горизонтальную прямую. Получаем зону выбора долот − СТ и Т.

2. На оси абсцисс откладываем величину и  из полученной точки восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с вспомогательной горизонтальной линией. Из точки пересечения проводим линии до встречи с ближайшими отрезками областей совместимости долот. Получаем СТ и Т. Выбираем долото СТ.

Принцип выбора долота 2-го класса тот же.

Выбираем долото МСЗ.

Шифр шарошечного долота несет информацию как об особенностях его конструкции, так и об области его применения. В шифр последовательно входят:

1) Вид долота по числу шарошек:

одношарошечное 

двухшарошечное

трехшарошечное и т.д.

2) Диаметр долота в мм

например 190,5   или  269,9.

3) Тип вооружения долота и его класс, отражающие исполнение вооружения шарошек и их скалывающую способность.

например  М, МЗ, МСЗ, С и т.д.

4) Расположение промывочных или продувочных отверстий и вид системы промывки- с центральной системой промывки (Ц), с гидромониторной боковой (Г), с центральной продувкой (П), с боковой продувкой (ПГ).

5) Тип опор шарошек- радиальные подшипники только качения ( тип В), радиальные подшипники один качения, другой скольжения (тип Н ), а в случае герметизированной опоры добавляется буква У ( тип НУ ), оба радиальных подшипника скольжения  (тип АУ ). Выбираем тип опоры в зависимости от оборотов долота − в нашем случае НУ ( 180 об/мин). Ожидаемая стойкость опоры Топ= 7 − 15 ч.

При диаметре основного долота 190,5 его полный шифр будет:

190,5 СТ − ГНУ;    долото, диаметр 190,5 мм, тип СТ, с гидромониторной промывкой.  190,5 МСЗ − ГНУ.

Расчет крутящего момента и мощности на долоте.

Приближенная формула для расчета крутящего момента МД на долоте

МД = m0GПD

где m0− удельный момент, необходимый для вращения долота при единичной нагрузке долота единичного диаметра, Нм/кН·мм; для долот типа

МСЗ  m0 = 0,043 Нм/кН·мм.

СТ  m0 = 0,029 Нм/кН·мм.

     GП – предельная осевая нагрузка на долото. В нашем случае при диаметре долота 190,5 мм  GП= 200 кН.

190,5 МСЗ−ГНУ  МД= 0,043·200·190,5 = 1638,3 Н·м.

190,5 СТ−ГНУ  МД= 0,029·200·190,5 = 1104,9 Н·м.

Мощность для вращения долота

определяем по формуле

N = πnДМД/30

где nД= 180 об/мин- частота вращения долота (по заданию);

МСЗ        N = 3,14·180·1638,3 /30 = 30865 Вт = 30,9 кВт.

СТ      N = 3,14·180·1104,9 /30 = 20816 Вт = 20,8 кВт.

Оценка долговечности вооружения и опор шарошек.

Долото для заданного интервала бурения должно удовлетворять следующим условиям:

1) соответствовать твердости горных пород;

2) обеспечивать наиболее высокую область разрушения пород по сравнению с альтернативными долотами;

3) вооружение шарошечного долота первого класса должно обеспечивать использование ресурса опоры, т.е. стойкость его вооружения при абразивном изнашивании должна быть не менее стойкости опоры.

Расчет долговечности вооружения выполняется только для долот первого класса, т.к. долговечность вооружения второго класса при абразивном изнашивании заведомо больше долговечности современных опор.

        На долговечность рассчитывается один зуб долота, имеющий средневзвешенные геометрические размеры. Рассчитываем долото СТ.

Долговечность Т соответствует времени изнашивания зуба на величину К.

Расчетная формула для обломочных горных пород:

где А,В  экспериментальные коэффициенты, входящие в зависимости скорости изнашивания стали а от удельной мощности трения , которая для обломочных пород имеет вид:

− интенсивность мощности трения, определяемой по формуле

где - мощность, реализуемая долотом; Ас - доля мощности трения; -сумма зубьев долота; - коэффициент, учитывающий увеличение рабочей площадки зуба за счет скругления его вершины (= 1,4); - сумма длин рабочих поверхностей зубьев по одному с каждого венца; - число венцов на шарошках.

Рассчитываем время изнашивания вооружения на величину

Величину стойкости опоры приводим к заданной частоте вращения долота

где  − меньшее и большее значение стойкости, ч.

        − большее и меньшее значения частот вращения, об/мин.

Так как износостойкость вооружения долота не обеспечивает использование ресурса опор, поэтому используем долото второго класса.

Список литературы.

1. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Методические указания к решению задач для студентов специальности 17.02. Попов А.Н.УНИ 1991.

2. Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Учеб.для вузов/ А.Н.Попов, А.И.Спивак, Т.О.Акбулатов и др. под общей ред. А.И.Спивака М.ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003.

3. Спутник буровика: Справочник. Иогансен К.В 3-е изд., перераб. и доп. М.: Недра 1990.

4. Типовые задачи и расчеты в бурении. Элияшевский И.В., Сторонский М.Н., Орсуляк Я.М.,Учебное пособие для техникумов. -2 изд., перераб. и доп.-М., Недра, 1982, 296 с.           

5. Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин. Попов А.Н., Жулаев В.П..Учебно-методическое пособие. УГНТУ 2003.