Проектирование и расчет бурильной колонны

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ 

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

 ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра нефтегазопромыслового оборудования

 

 

 

 

Практическое задание

 

 «Проектирование и расчет бурильной колонны»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр. БМП-09-01                                                   Д.А. Давлетгареев

Проверил: доц.,к.т.н                                                                           В.П. Жулаев

 

 

 

 

Уфа 2012

Содержание

1 Проектирование компоновки  УБТ…………………………….……………….3

2 Проектирование колонны  бурильных труб.……………..…...…..……….......5

4 Окончательная схема бурильной колонны..……………..…...…..……….....10

Список литературы…………………………………………………………..…..11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПАНОВКИ  УБТ

 

Целью расчета является определение параметров компоновки УБТ, обеспечивающих необходимую нагрузку на долото в процессе бурения заданного  интервала скважины, для которого известен диаметр обсадных труб.

Определяем диаметр долота по формуле:

=269,9+20=299,9 мм,

где - диаметр долота, мм; - диаметр муфты обсадных труб, мм; - удвоенная величина радиального зазора между стенкой скважины и муфтой обсадной трубы, мм.

Полученное значение округляется до ближайшего большего диаметра в соответствии с нормальным рядом долот:

 мм.

Необходимая нагрузка на долото определяют по формуле:

кН,

где - интенсивность нагрузки на долото, кН/мм, (для пород 4 категории твердости 0,75 кН/мм).

При выборе диаметра УБТ воспользуемся следующим правилом: для долот диаметром мм выбираются УБТ с диаметрами, ближайшими к значениям 0,75 для нормальных условий бурения.

 Определяем диаметр  основной ступени УБТ из условия:

 мм.

 мм.

Выбираем диметр нижней (первой) секции бурильной колонны: с долотами 311,1 мм используют трубы диаметром 140 и 168 мм. Выбираем трубы меньшего диаметра:

=140 мм.

Расчет диаметра третьей ступени  УБТ:

мм.

мм.

Диаметр второй ступени УБТ должен быть в интервале:

  ,

Рисунок 1 – Схема КНБК          

              мм.

Неравенству  удовлетворяют УБТ  диаметром 219;203; мм (ближайшие к диаметру УБТ первой ступени).

Длины дополнительных ступеней УБТ  могут равняться длине свечи  или длине одной трубы. Принимаем  длину переходной ступени

  м.

Далее из условия обеспечения необходимой  нагрузки на долото рассчитывается длина  основной ступени УБТ по формуле:

= 127,75м,

где - приведенный вес 1м длины i-й ступени УБТ, Н/м;

- коэффициент нагрузки на  долото;

- необходимая нагрузка на  долото, H;

- длина i-й переходной ступени УБТ, м;

- коэффициент, учитывающий уменьшение веса труб в жидкости:

( );

Принимаем =137,5 м (до целого числа свечей длиной 12,5м) .

Общая длина компоновки УБТ составит: м.

Вес всей компоновки УБТ:

 кН

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОЛОННЫ  БУРИЛЬНЫХ ТРУБ

 

2.1 Проектирование первой  секции первой ступени БТ

 

Первую секцию составляем из труб диаметром 140 мм с толщиной стенки 11, длиной 250 м.

 

Вес первой секции:

Н.

Растягивающая нагрузка:

=615869 Н,

Напряжение растяжения:

 МПа.

Мощность для вращения долота:

=27,004 кВт,

где с - коэффициент, зависящий  от твердости горных пород (с=7,54),

- частота вращения бурильной  колонны,

- диаметр долота, мм,

- осевая нагрузка на долото, кН

Мощность для вращения УБТ:

= кВт,

где - длина i-го участка скважины, м,

- номинальный диаметр скважины  на i-м участке скважины, м

Мощность для вращения первой секции БТ:

= кВт.

Мощность на вращение долота, УБТ и первой секции БТ:

 кВт.

Крутящий момент в верхнем сечении первой секции:

Н·м,

Касательные напряжения кручения:

МПа,

где W- момент сопротивления трубы при кручении, см

Эквивалентные напряжения:

137,15 МПа.

Запас прочности:

.

 

Вывод:

1. трубы первой секции удовлетворяют условиям бурения;
2. выше первой секции могут быть установлены трубы с меньшей толщиной стенки из той же стали группы прочности Д;
3. вес первой секции БТ составляет:

Н; N_I-I=22,74 кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Проектирование второй  секции первой ступени БТ

 

Вторую секцию составляем из труб диаметром 140мм с толщиной стенки 9 мм. Предварительно длину i-й секции БТ в общем случае определяют по формуле:

971,5м

где - максимальная допускаемая растягивающая нагрузка, Н;

- коэффициент влияния касательных напряжений,

-площадь поперечного сечения  канала трубы,

- нормативный коэффициент, учитывающий  влияние сил трения, сил сопротивления  движению бурового раствора и  сил инерции ( ),

- перепад давления в долоте, МПа

Максимальная допускаемая растягивающая нагрузка

Н.

Принимаем 975 м.

Вес второй секции:

Н.

  Растягивающая нагрузка:

= Н.

Напряжение растяжения:

 МПа.

Мощность для вращения второй секции БТ:

Мощность на вращение долота, УБТ,  первой и второй секции БТ:

 кВт.

Крутящий момент в  верхнем сечении второй секции:

Н·м,

Касательные напряжения кручения:

МПа.

Эквивалентные напряжения:

МПа.

Запас прочности:

.

Вывод: трубы второй секции удовлетворяют условиям бурения;

вес второй секции БТ составляет:

Н; кВт.

2.3 Проектирование третьей секции первой ступени БТ

 

Длина третьей секции этой ступени составит:

м,

Принимаем: м,

Для обеспечения минимальной  массы комплекта бурильных труб составим третью секцию из стали группы прочности Л ( МПа).

Н.

  Растягивающая нагрузка:

= Н.

Напряжение растяжения:

 МПа.

Мощность для вращения второй секции БТ:

кВт.

Мощность на вращение долота, УБТ, первой, второй и третьей секции:

 кВт.

Крутящий момент в верхнем сечении второй секции:

Н·м,

Касательные напряжения кручения:

МПа.

Эквивалентные напряжения:

МПа.

Запас прочности:

.

Вывод: трубы второй секции удовлетворяют условиям бурения;

вес третьей секции БТ составляет:

Н.

Окончательный вес первой ступени БТ составит:

Н;

кВт.

 

2.4 Проектирование первой секции второй ступени БТ

 

Первая секция второй ступени составлена из труб диаметром 168,3 мм. Поскольку трубы имеют больший диаметр, чем трубы первой ступени, то необходимо оценить возможность сформировать первую секцию труб из стали группы прочности Д с минимальной толщиной стенки 9 мм.

Н.

-248,05м.

Вывод: из труб толщиной стенки 9 мм нельзя сформировать первую секцию, т.к. ,поэтому берем трубы из стали группы прочности Е ( МПа).

Н.

1053 м.

Принимаем 400 м.

Вес секции:

Н.

Растягивающая нагрузка:

= Н.

Напряжение растяжения:

 МПа.

Мощность для вращения второй секции БТ:

= кВт.

Мощность на вращение долота, УБТ, первой, второй и третьей секции:

 кВт.

Крутящий момент в верхнем сечении второй секции:

Н·м,

Касательные напряжения кручения:

МПа.

Эквивалентные напряжения:

МПа.

Запас прочности:

.

Вывод: трубы второй ступени удовлетворяют условиям бурения;

вес второй ступени:

Н;

кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 ОКОНЧАТЕЛЬНАЯ СХЕМА БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ

 

                      Рисунок 2 – Схема бурильной колонны

Таблица 1 – Компоновка бурильной колонны

Трубы	Ступень	Секция	Диаметр, мм	Толщина стенки, мм	Группа прочности	Длина, м	Вес, кН
УБТ	1 2 3	- - -	229 219 203 159		Д	137,5 12,5 12,5 12,5	33,525 26,775 26,315 19,112
БТ	1	1 2 3	139,7 139,7 139,7	11 9 9	Д Д Е	250 971 762,5	97,600 326,917 255,666
	2	1	168,3	9	Е	400	162,080
Итого						2560	947,99

Литература

1. Жулаев В.П., Попов А.Н. Учебно-методическое пособие  по дисциплине «Техника и технология бурения нефтяных и газовых скважин». - Уфа: УГНТУ, 2008. – 39 с.