Допустимая кривизна скважины

Устойчивость бурового снаряда имеет важное значение для обеспечения вертикальности ствола скважины.

Расстояние l между забоем и первой точкой контакта колонковой трубы со стенкой скважины находят из уравнения.

       (13.14)

где l_кр - критическая длина полуволны; Р_при - передаваемая осевая нагрузка на забой, Н.

Угол отклонения оси бурового снаряда от оси скважины у забоя

               (13.15)

где Δ=(D-d)/2 - радиальный зазор (D и d соответственно диаметр ствола и колонковой трубы).

Представление о максимально возможной кривизне скважины, формируемой при тех или иных условиях работы колонковых снарядов дает понятие об их вписываемости, т.е. возможности их перемещения без деформации по стволу скважины, имеющему предельную для данны параметров снаряда кривизну.

Условие вписываемости бурового снаряда

        (13.16)

где l_δ - длина бурового снаряда.

В случае, если колонковый снаряд имеет достаточную жесткость и прямолинеен, но отклонен от оси ствола кривизну устанавливают с помощью следующей зависимости

                  (13.17)

Если колонковый снаряд деформируется, то максимальные значения кривизны определяются по уравнению

                   (13.18)

Допустимая кривизна скважины определяется из условия прочности бурового снаряда и в зоне на расстоянии положения нулевого сечения бурильной колонны определяется из выражения.

                  (13.19)

где [σ^из_-1] - предел выносливости при симметричном цикле (для стальных труб геологоразведочного сортамента может быть оценен величиной приблизительно 50 МПа, а для труб из сплава Д16Т - 31 Мпа).

Допустимая кривизна скважины у забоя определяется по формуле

           (13.20)

где σ_т - предел текучести материала труб; [σ^из_-1]_т - предел выносливости при симметричном цикле, Па; σ_ос - нормальные напряжения от действия осевой нагрузки, Па.

Введение УБТ в компоновки нижней части бурильной колонны при колонковом бурении позволяет уменьшить отклонение оси бурового снаряда от оси скважины. Выбранные соответствующего диаметра и необходимой длины УБТ следует проверить на устойчивость по следующей формуле

                (13.21)

где l_кр(у) - критическая длина УБТ, которая может находится под действием собственной массы без потери устойчивости, м; J - осевой момент инерции площади поперечного сечения УБТ, м4

J=0,05(D⁴_y-d⁴_y)                      (13.22)

D_y и d_y - наружный и внутренний диаметры УБТ, м

Если длина УБТ, полученная по формуле (9.3) будет больше, чем l_кр(у), то секция УБТ теряет прямолинейную форму устойчивого равновесия. Предупредить возможные искривления ствола скважины можно с помощью промежуточных опор - центраторов.
Расстояние между центрирующими элементами l_ц можно определить из выражения

l_ц≤0,8l_кр/2=0,4π√EJ/P_при              (13.23)

С учетом значения критической длины полуволны изогнутой оси снаряда l_кр

         (13.24)

где ω - угловая скорость вращения бурового инструмента; q - масса единицы длины.

Пример 13.5. Найти расстояние между забоем и первой точкой контакта колонковой трубы со стенкой скважины, если известно, что колонковая труба диаметром 57 мм имеет осевой момент инерции J=26,4·10^-8 м4; осевая нагрузка на коронку Р_при=12кН; диаметр ствола скважины D=60мм.

Решение. По формуле (13.14)

Вывод: при осевой нагрузке Р_при=12кН колонковая труба диаметром 57мм и длиной l_к.т, более 3,3м будет деформироваться в теле трубы. При l_к.т<3,3м колонковый снаряд будет отклонен от оси скважины.

Угол отклонения оси снаряда от оси скважины у забоя по формуле (13.15)

где Δ=(60-57)/2=1,5мм.

Пример 13.6. Оценить устойчивость колонкового снаряда для условий и решения предыдущего примера, если известно, что длина колонковой трубы l_к.т=4,5м; масса 1м трубы q_к.т=5,23 кг/м=5,23·9,81=51,ЗН/м; угловая скорость вращения компоновки ω=3,14 600/30=62,8с^-1.

Решение. По формуле (13.24) критическая длина полуволны изогнутой оси снаряда

Условие устойчивости не соблюдается, так как 4,5>2,16 м.
Угол отклонения оси снаряда

где Δ=(0,060-0,057)/2=0,0015м.

Пример 13.7. Определить допустимую кривизну скважины из условия прочности бурильной колонны, составленной из труб ЛБТН-54 в зоне нулевого сечения для следующих условий: масса 1 м труб ЛБТН-54 q=4,4кг/м-43,2 Н/м; P_при=13кН; J=34,12·10^-8 м4; W=10,25·10^-6 м3; площадь сечения труб по резьбе S=9,37·10^-4м2; модуль упругости E=8·10¹⁰Па; предел текучести σ_т=330·10^-6Па; предел выносливости при симметричном цикле [σ^из_-1]_т=31·10^-6Пa; промывочная жидкость - вода.

Решение. Положение нулевого сечения

Допустима кривизна скважины в зоне нулевого сечения по формуле (13.19)

Допустимая интенсивность

J_max = 57,3K_max= 57,3·0,896·10^-2 =0,51градус/м.

Нормальные напряжения от действия осевой нагрузки