Определение верхней границы прихвата бурильной колонны по упругому удлинению ее свободной части.

Практика буровых работ выработала способ весьма приблизительной оценки верхней границы прихвата [11].

Считается, что удлинение каждых 1000м труб, находящихся выше зоны прихвата, при натяжении на 200 кН сверх собственного веса колонны, определяется следующим образом:

Диаметр стальных труб, мм	114	127	140	168
Удлинение, м	0,35	0,30	0,25	0,20

 

Более точные способы определения верхней границы прихвата приведены ниже.

Для одноразмерной колонны длина свободной части L, следовательно, верхняя граница прихвата рассчитывается по формуле:

                                                  (8)

где: 1,05 - коэффициент, учитывающий жесткость замковых соединений труб;

Е - модуль упругости металла труб (модуль Юнга). Для стали Е = 0,21×10⁵ МПа, для сплава Д16-Т Е = 0,7×10⁵ МПа;

F - площадь поперечного сечения труб, см²

Р₁, Р₂ - растягивающие усилия, прикладываемые к колонне сверх ее веса, Н;

D l - упругое удлинение колонны под действием силы Р₁ - Р₂, H;

В работе [12] рекомендуется упростить расчет, приравняв

значения К, которые зависят от размера труб, толщины стенок и величины прикладываемой нагрузки Р₁ - Р₂ определяется по таблице (12). Верхняя граница прихвата определяется как:

                                               (9)

 

Таблица 12

Трубы стальные
Наружный диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Значение коэффициента к при разности нагрузок Р1 - Р2,тс
		5	10	15	20	25	30	35
140	8	14630	7315	4877	3656	2926	2438	2090
	9	16330	8165	5443	4082	3266	2722	2333
	10	18000	9000	6000	4500	3600	3000	2570
	11	19650	9825	6550	4912	3930	3227	2807
127	7	11620	5810	3873	2905	2324	1937	1660
	8	13230	6615	4410	3308	2646	2205	1890
	9	14750	7375	4917	3687	2950	2458	2107
	10	16200	8100	5400	4050	3240	2700	2314
114	7	10450	5225	3442	2620	2100	1740	1493
	8	11818	5909	3939	2955	2364	1970	1688
	9	13180	6590	4400	3330	2610	2200	1880
	10	14553	7276	4851	3638	2911	2426	2079
	11	15800	7900	5260	3950	3160	2640	2260
Трубы легкосплавные из сплава Д16-Т
147	9	5760	2880	1920	1440	1150	960	820
	11	6920	3460	2307	1730	1385	1150	990
129	9	4960	2480	1650	1240	990	825	710
	11	6150	3075	2050	1540	1230	1025	880
114	10	480	2400	1600	1200	960	800	685

 

Определение удлинения колонны

1. Производится натяжение бурильной колонны с нагрузкой Р₁, превышающей на 5 делений показания индикатора веса, соответствующие полному весу колонны до прихвата. На ведущей трубе делают отметку против плоскости ствола ротора.

2. Производится еще одно натяжение колонны с нагрузкой, превышающей на 5 делений первоначального, после чего нагрузка (быстро снижается до значения P ₁). Делается отметка. Разница между первой и второй отметками вызвана трением в талевой системе.

3. Расстояние между полученными отметками делится пополам, и средняя черта принимается соответствующей нагрузке P ₁.

4. К колонне прикладывают нагрузку Р₂, превышающую P ₁ на 10-20 делений по индикатору веса, и на ведущей трубе делается отметка. Перед этой операцией расчетом определяется, не превысит ли деформация в колонне от нагрузки Р₂ предела текучести.

5. Производиться повторное натяжение колонны на пять делений больше Р₂, затем быстро снижают нагрузку до величины Р₂ и отмечают вторую отметку на ведущей трубе. Расстояние между двумя последними отметками делится пополам, полученная отметка считается соответствующей нагрузке Р₂.

6. Замеряется расстояние между отметками. Это искомая величина колонны D l.

В случае прихвата комбинированной многосекционной колонны определяется длина неприхваченной части труб H ₁ самой нижней секции.

                     (10)

где: q ₁, q ₂, … q_n - масса 1 м трубы соответствующих секций (номера секций трубы идут от забоя к устью), кг;

l ₁, l ₂, … l_n - длины соответствующих секций труб, м;

D P = P ₂ - P ₁ - растягивающая сила,

Если значение H ₁ окажется отрицательным, это означает, верхняя граница прихвата размещается выше первой секции труб, т.е. прихвачены трубы первой секции и часть второй.

В этом случае определяется длина неприхваченной части труб второй секции Н₂:

                           (11)

Расчеты ведут до получения положительного значения.

Пример [12]. Глубина скважины 4000 м. Произошел прихват колонны
D P = P ₂ - P ₁ = 25, зафиксировано удлинение 0,75 м. Компоновка колонны приведена в табл. 13.

Таблица 13.

№ секции от забоя	Диаметр труб, мм	Толщина стенки труб, мм	Длина секции, м	Вес 1 м труб, кгс
1 2 3 4	114 114 140 140	10 9 10 11	600 500 1000 1900	27,3 24.9 34,2 37,2

 

По формуле (2) расчитываем длину свободной (неприхваченной) части первой от забоя секции труб:

.

Видно, что верхняя граница прихвата расположена выше 1-ой секции труб.

Определяем длину свободной части 2-ой секции труб по формуле (11):

Длина свободной части бурильной колонны Н будет складываться из свободной части 2-ой секции и длин 3 и 4 секций

Длина прихваченной части колонны составит:

Контрольное задание. Определить длину не прихваченной части бурильной колонны для условий, приведенных в таблице 14. В компоновках колонн порядок размещения секций начинается от забоя.

 

 

Таблица 14

Условия прихвата бурильной колонны	Номер варианта, последняя цифра варианта по журналу
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
1. Глубина скважины, м	4000	2750	3200	3600	3200	2500	2800	3800	2700	3500
2.Компоновка бурильной колонны
ПК 114´9 (23,3кг)	500	250	-	400	550	400	400	400	300	500
ТбНК114´10 (25,7кг)	-	500	400	-	-	-	600	1200	600	-
ПК 127´9 (2б,2кг)	1500	-	800	3200	900	1100	-	1100	-	1600
ТБНК 140´11 (37,2кг)	1000	2000	2000	-	-	-	-	-	-	-
3.разница между силами растяжения, прикладываемые к колонне сверх собственного веса, кН	200	150	200	200	180	150	180	200	150	200
4.Удлиннение, м	0,95	0,67	0,80	1,0	0,78	0.65	0,70	1,0	0,70	0,95