Диссертация (1173027), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Объем вытесненной жидкости после спуска бурильной колонны в скважину с открытым концом: Объем вытесненной жидкости после спуска каждогометра бурильной колонны с открытым концом, м3/м;Vo  0,7854(Do2  Di2 ) ;(3.6)82Объем вытеснения  Vo  L ,(3.7)где L ─ длина спущенной бурильной колонны, м. с закрытым концом: Объем вытесненной жидкости после спуска каждогометра бурильной колонны с закрытым концом, м3/м.Vc  0,7854 х Do2 .(3.8)Объем вытеснения  Vc  L .(3.9)3.2.3. Плавучесть, плавучий вес и коэффициент плавучестиКогда присутствует только один вид жидкости, топлавучесть =Ws ,airs× m ,(3.10)где Ws,air ─ вес материала (стали) в воздухе, s ─ плотность материала, m ─ плотность бурового раствора.Плавучий вес=s  m× Ws,air ,sКоэффициент плавучести =ρs - ρmρ 1 m ,ρsρs(3.11)(3.12)где ρs ─ плотность стали или материала,ρm ─ плотность жидкости или бурового раствора.Когда плотности внутренней и наружной жидкости не одинаковы:Коэффициент плавучести гдеA o (1 ρoρ)  A i (1  i )ρsρs,Ao  AiAo ─площадь поперечного сечения снаружи трубы,Ai ─ площадь поперечного сечения внутри трубы.3.2.4.

Эффективный вес бурильной колонны(3.13)83Эффективныйвесбурильнойколонныполучаютвычитаниемвесавытесненной жидкости после спуска бурильной колонны в скважину от её веса ввоздухе:гдеwB  ws  i Ai – o Ao ,(3.14)Ao   0,95  Do2  0,05  Doj2  ,(3.15)Ai =π4(0,95×Di2+0,05×Dij2),(3.16)Do ─наружный диаметр БК, м,Doj ─ наружный диаметр ЗРС, м,Di ─ внутренний диаметр БК, м,Dij ─ внутренний диаметр ЗРС, м,если нет ЗРС, то площадь внутри трубыAi = 0,7854 × Di2,площадь снаружи трубыAo = 0,7854 × Do2.Используя уравнение (3.14), находимwB = ws + ρi Ai – ρo Ao.Удельный вес стали можно показать следующим образомws = ρs As.(3.17)Если плотности жидкостей внутри трубы и кольцевого пространстваодинаковы, тогда:wB = As(ρs─ ρo) = Asρs ( 1где (1ρρo) = ws (1 o ),ρsρsρo) является коэффициентом плавучести.ρsAs ─ площадь поперечного сечения стали/материала, м2,ρo ─ плотность бурового раствора в кольцевом пространстве, кг/м3,ρi ─ плотность бурового раствора внутри трубы, кг/м3,ρs ─ плотность стали/материала, кг/м3.(3.18)84Прочностные характеристики бурильного инструмента3.2.5.

Модуль упругости (Юнга)Модуль упругости рассчитывается по формуле:E=σε=FAΔLL,(3.19)где E ─ модуль упругости, Па,σ ─ напряжение, Па,ε ─ деформация, м/м,F ─ сила, Н,А ─ поперечное сечение, м2,ΔL ─ полная деформация или удлинение, м,L ─ первоначальная длина, м.3.2.6.

Коэффициент ПуассонаКоэффициент Пуассона рассчитывается по формуле:ν=ε lat,ε long(3.20)где εlat ─ поперечная деформация, м,εlong ─ продольная или осевая деформация, м.Для большинства металлов коэффициент Пуассона изменяется от 1/4 - 1/3.Отношение между модулем упругости, модулем сдвига и коэффициентомПуассона можно выразить следующим образом:E  2G (l   ).(3.21)Модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент Пуассона для обычныхматериалов при комнатной температуре приведены в таблице 3.2 [97, 98, 99, 100].85Таблица 3.2 − Модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент ПуассонаМеталлическийМодуль Юнга,Модуль сдвига,КоэффициентсплавМПа × 106МПа × 106ПуассонаАлюминий6,92,60,33Медь114,60,35Сталь20,78,30,27Титан10,74,50,36Вольфрам40,7160,283.2.7.

Минимальный предел текучестиПредел текучести представляет собой напряжение, превышение которогоприводит к постоянной неупругой деформации материала. Предел текучестилегкоопределяетсяпокривойнапряжение-деформация.Наоснованиирезультатов испытаний определяются минимальный и максимальный пределытекучести для различных материалов БТ.3.2.8. Предел прочностиПредел прочности или максимальная прочность на растяжение материалапредставляют собой максимальную сопротивляемость на растяжение илимаксимальноерастягивающеенапряжение,вышекоторогопроисходитразрушение материала или появление трещин. Максимальная прочность нарастяжение нескольких труб АНИ показана в таблицах 3.3 и 3.4.Таблица 3.3 − Свойства бурильных труб АНИПредел текучести, МПаМаксимальнаяпрочность нарастяжение, МПаМинимальноеудлинение, %55241429,537955251724K─5537955265519,5N─8055275868918,5Минималь-Максималь-ныйныйН─40276J─55Класс86L─8055265565519,5С─9062172468918,5С─9565575872418,5Т─9565575872418Р─11075896586215Q─125862103493118Таблица 3.4 − Механические свойства российских и зарубежных бурильныхтрубМарка и группа прочностиПредел текучести Т ,Предел прочности, В ,сталиМПаМпаСССРДКЕСШАД—ЕИСОД38—Е52СССР372,6490,3539,4США379,5—516,8ИСО378,5—516,8СССР637,4686,5735,5США655,1—689,4ИСО655,1—689,4——N56——552,1——689,4ЛМР—Х─95G─105S─135V─150Х66G73S93—637,4735,5882,6—655,1723,7921,81029,7659729,6929,7—784,5882,6981—723,7792,4999,31103,2729,6799,2999,3——U─170——1171,9——1240,5—3.2.9.

Предел выносливости (предел усталости)Предел выносливости относится к свойству материала и по определениюпредставляет собой минимальное напряжение или совокупность циклическогонапряжения, при котором материал может подвергаться неограниченномуколичеству циклических напряжений, не вызывающих трещины или разрушения.Другими словами, предел выносливости ─ максимальное изменение напряжения,которое можно бесконечно повторяться, не создавая трещины.

Величина пределавыносливости материала обычно определяется на основе теста усталости, вкотором используется образец материала [64-68].87Нагрузки на бурильный инструмент3.2.10. КручениеКогда стержень подвергается крутящему моменту, то он испытываеткручение, которое можно показать следующим образом [36, 37]: гдеTLGJ,(3.22)θ ─ угол кручения (радианы) (может быть> 2π),L ─ длина секции, м,Т ─ крутящий момент, Н·м,G ─ модуль сдвига, Па.E,2(1  ν )G=J=π32(D4ο – Di4 ),(3.23)(3.24)где J ─ полярный момент инерции, м4Е ─ модуль упругости, Па,ν ─ коэффициент Пуассона.3.2.11. Коэффициент тренияКоэффициент трения ─ скалярное безразмерное значение, которое зависит отповерхности, но не от площади поверхности и определяется как отношение силытрения к силе нормальной реакции, действующей в точке контакта:μ=гдеFf,Fn(3.25)Ff ─ сила трения, Н,Fn ─ сила нормальной реакции, Н.В таблице 3.5 показаны коэффициенты трения для различных материалов, втаблице 3.6 представлены коэффициенты трения при использовании различныхжидкостей.Таблица 3.5 − Типичный коэффициент трения88СухойМатериал 1Материал 2стальалюминийалюминийстальалюминиймягкая/малоуглеродистая стальмедный сланецСмазанныйСтатический0,781,05-1,35Скользящий0,421,40,610,47сталь0,22алмазалмаз0,1алмазметалл0,15───стальбетон0,57-0,750,45стальпесчаник─0,7Статический0,05-0,110,3Скользящий0,29-0,12────────────Таблица 3.6 − Различные коэффициенты тренияТип жидкостина маслена водной основесоленая водаполимер на основесинтетическая основапенавоздухФрикционные факторыОбсаженный стволОткрытый ствол0,16─0,200,17─0,250,25─0,350,25─0,400,30─0,40,3─0,40,15─0,220,2─0,30,12─0,180,15─0,250,30─0,40,35─0,550,35─0,550,40─0,603.2.12.

Типы тренияСтатическое трение определяется по формулеμs=Fsf.Fn(3.26)Кинетическое трение определяется по формулеμk=Fkf.Fn(3.27)Типичный график статического и кинетического коэффициентов представленна рисунке 3.1.89Рисунок 3.1 − Сила трения как функция тягового усилияТрение качения определяется соотношениемμr=Frf.Fn(3.28)Угол трения определяется по формуле:φ = arctg μs .(3.29)Кинетическое трение и угол трения по уравнению 29 связаны следующимобразом:μk= tan φ ─ax,gsinφ(3.30)где ax ─ ускорение,g ─ ускорение свободного падения.3.2.13. Трение и скорость вращенияВ следующем эмпирическом уравнении хорошо представлено сочетаниеэффектов трения и скорости вращения бурильной колонны, скорости СПО:v  s  e k|Vrs |.(3.31)Результирующая скорость Vrs на контактной точке бурильной колонныпредставляет собой векторную сумму двух составляющих: окружной скорости VC(вызванной вращением) и Vts осевой скорости (зависит от механической скоростибурения или скорости СПО).Коэффициент трения зависит от боковой силы, скоростей, температуры игеометрических параметров контактирующих поверхностей:v μs,μ s n1 () | Vrs |k tгде σn ─ напряжение нормальной реакции, Па,Δt ─ средняя температура контакта, оС,|Vts| ─ скорость СПО, м/сек,(3.32)90|Vrs |─ результирующая скорость = (Vts2   2 ) ,|ω| ─ угловая скорость = диаметр     N / 60  ,N ─ скорость вращения трубы, оборотов в минуту.3.2.14.

Длина утяжеленных бурильных трубНеобходимый размер УБТ вычисляется следующим образом 2DDdc csg─ Db  ,(3.33)где Ddc ─ диаметр УБТ, мм,Dcsg ─ диаметр муфты обсадной колонны, мм,Db ─ диаметр долота, мм.Необходимая длина УБТ рассчитывается по следующей формуле:Ldc WOB  DF,wdc  BF  cos (3.34)где WOB ─ нагрузка на долото, Н,DF ─ коэффициент дизайна,wdc ─ удельный вес воротника, Н/м,BF ─ коэффициент плавучести или архимедовой силы, ─ зенитный угол забоя, градус.3.2.15. Коэффициент прочности на изгиб (КПИ)Коэффициент прочности на изгиб (КПИ) определяется как отношениемодуля сечения муфты к модулю сечения замка, его можно рассчитать сиспользованием размеров на рисунке 3.2:D4  b4BSR  4 D 4 ,Rt  dRtгде BSR ─ коэффициент прочности на изгиб,D ─ наружный диаметр ЗРС, мм,b ─ диаметр впадины резьбы муфты, где конец ниппеля, мм,Rt ─ диаметр впадины резьбы замка 1,9 мм от торца ниппеля, мм,(3.35)91d ─ внутренний диаметр ниппеля, мм.Диапазоны принятых значений BSR составляют 2,25-2,75 для критическойэксплуатации, 2,0-3,0 для обычной эксплуатации и 1,9- 3,2 для ограниченногоэксплуатации [8, 10].Рисунок 3.2 − Размеры ниппеля и муфты3.2.16.

Толщина стенки трубыИсправленный наружный диаметр рассчитывается какDсp  c  Dp  Di 1  c  ,где c ─ класс множителя,Dcp ─ скорректированный диаметр трубы, мм,Dp ─ первоначальный диаметр трубы, мм,Di ─ диаметр внутренней трубы, мм.Рисунок 3.3 − Размеры ЗРС(3.36)92Множители класса труб приведены ниже:• N = новый, c = 1,000;• С = критическое, с = 0,875;• Р = премиум, с = 0,800;• 2 = класс 2, с = 0,700;• 3 = класс 3, с = 0,650.3.2.17.

Характеристики

Список файлов диссертации