О составе КНБК и выполняемых каждым из ее элементов функциях было сказано выше, в п.4.1. Поэтому здесь приводится лишь описание методики проектирования КНБК.
Проектирование КНБК ведется в следующей последовательности.
Выбирается тип УБТ. При бурении без постоянного вращения колонны используются горячекатаные УБТ, а с постоянным вращением УБТС. В общем случае утяжеленный низ состоит из нескольких ступеней УБТ с диаметрами, уменьшающимися в направлении снизу вверх. Здесь и в дальнейшем секцию УБТ будем считать нулевой секцией бурильной колонны и снабдим индексом «ноль», вторым индексом будем обозначать номер ступени УБТ внутри секции, причем нумерацию будем вести снизу вверх.
Нижняя ступень, называемая основной, предназначена для обеспечения главной части нагрузки на долото и должна иметь максимальную массу погонного метра, что достигается при наибольшей площади сечения труб по телу, а при заданной площади канала – при их наибольшем наружном диаметре. D 0 Последний выбирается из условия обеспечения минимально необходимого зазора между трубами и стенкой скважины с диаметром
.=10 мм. (4.57)
Диаметр скважины следует определять с учетом уширения ствола скважины:
, (4.58)
где Dд – диаметр долота (или расширителя);
коэффициент уширения ствола, который принимается в зависимости от твердости (коррелирующей с устойчивостью) пород: 1.03-1.05 –для твердых пород; 1.06 – 1.08 –для пород
средней твердости и 1.09 – 1.12 – для мягких пород.
Диаметр основной ступени УБТ выбирается в зависимости от диаметра долота
согласно условию [15]: , (4.59)
где – понижающий коэффициент, выбираемый согласно табл. 4.15.
Таблица 4.15 - Значения понижающего коэффициента
Диаметр долота | Условия бурения | |
нормальные | осложненные | |
не более 295,3 мм | ||
более 295,3 мм |
При бурении забойными двигателями наружный диаметр УБТ основной ступени должен быть не больше диаметра забойного двигателя Dзд: .
Допускается использовать приближенные соотношения диаметров долот и УБТ, полученные из практики бурения, которые приведены, например, в табл. 3 [3].
Для беспрепятственного спуска в скважину изгибная жесткость УБТ основной ступени должна быть не ниже таковой обсадной колонны , под которую ведется бурение, т.е. = ³ = , (4.60)
Поскольку = ,то из (4.60) получаем соотношение между наружными диаметрами УБТ основной ступени и обсадных труб Dок
, (4.61)
где d 01 –внутренний диаметры УБТ основной ступени;
Для обеспечения плавного перехода по жесткости от УБТ к бурильным трубам
должно выполняться соотношение , (4.62)
где - наружный диаметр бурильных труб.
Если это соотношение не выполняется, то компоновка УБТ будет ступенчатая.
Последующие ступени называются переходными, или промежуточными. Их количество п определяется из условия, что диаметр предыдущей ступени не более чем на одну треть больше диаметра последующей ступени. Соответственно диаметр последней ступени , примыкающей к СБТ, должен быть не более чем на одну треть больше диаметра СБТ [3]. В этом случае диаметры СБТ и УБТ должны удовлетворять следующему соотношению:
(4.63)
Если секция УБТ состоит из 2-х ступеней, что и имеет место в большинстве случаев,
то (4.63) запишется в виде (4.64)
Определяются длины ступеней УБТ. Длины промежуточных ступеней выбираются конструктивно. В зависимости от типа УБТ ступени могут состоять из 2- 4 труб. Для удобства работы (установки свечей за палец вышки) рекомендуется составлять свечи из УБТ одного и того же размера, но допускается свеча, составленная из УБТ двух смежных диаметров. Ориентировочная длина основной ступени утяжеленного низа при бурении забойными двигателями вычисляется по формуле
, (4.65)
где - осевая нагрузка на долото;
kн – коэффициент запаса нагрузки на долото. При бурении без постоянного вращения труб принимается с постоянным вращением [3];
-– коэффициент, учитывающий влияние зенитного угла и сил трения, вычисляется по
формуле , (4.66)
где – зенитный угол в интервале расположения КНБК в процессе бурения.
Если в рассматриваемом интервале изменяется, то берется его среднее значение, равное полусумме начала и конца расположения КНБК. Поскольку длина основной ступени
УБТ пока неизвестна, то значение определяется итеративным методом. С учетом динамичности процесса коэффициент при бурении без вращения труб можно принять на 20 %,[12,15], а с постоянным вращением труб на 35-40% ниже в сравнении с его базовым значениями . Средние значения для некоторых горных пород в зависимости от литологии и состояния поверхности пород, заимствованные из [3, табл. 2.3].приведены в табл. 4.16. Значения выбираются поинтервально, по преобладающей в данном интервале горной
Таблица 4.16 – Базовые значения коэффициента трения бурильных труб о горные породы
Горная порода | Поверхность пород | ||
сухая | смоченная | покрытая глинистым раствором | |
Глина жирная Глина песчаная Глинистый сланец Мергель Известняк Доломит Ангидрит Песчаник слабосцементированный с остроконечными зернами Песчаник слабосцементированный с окатанными зернами Песчаник крепкий Кварцит Гранит Каменный уголь | 0,13÷0,17 0,24÷0,27 0,20÷0,25 0,20÷0,26 0,33÷0,38 0,36÷0,40 0,30÷0,40 0,21÷0,32 0,41÷0,46 0,44÷0,46 0,45÷0,53 0,36÷0,40 | 0,08÷0,11 0,20÷0,25 0,15÷0,20 0,17÷0,24 0,32÷0,36 0,34÷0,38 0,37÷0,43 0,26÷0,38 0,20÷0,29 0,41÷0,43 0,46÷0,48 0,44÷0,51 0,31÷0,34 | 0,06÷0,09 0,17÷0,21 0,10÷0,12 0,19÷0,23 0,30÷0,33 0,32÷0.36 0,35÷0,38 0,23÷0.33 0,17÷0,24 0.38÷0,41 0,40÷0,42 0,43÷0,48 0,29÷0,32 |
породе, либо с учетом степени присутствия каждого вида пород.
При вращении труб над забоем можно принять , а для участков бурильной колонны, расположенных в обсадной колонне, в зависимости от смазывающих свойств бурового раствора.
и – массы и длины погонного метра УБТ переходных ступеней;
– масса забойного двигателя.
Определяется количество труб основной ступени n. Приближенное количество труб
будет равно , (4.67)
где – длина одной трубы, равная 12 м для горячекатаных УБТ и 6 м для УБТС.
Количество труб округляется до ближайшего целочисленного значения с таким расчетом, чтобы получить целое число утяжеленных бурильных свечей n 01, и уточняется
длина УБТ основной ступени: . (4.68)
Определяется общая длина .и вес КНБК.
При роторном бурении: ; (4.69)
, (4.70)
а также осевые составляющие веса КНБК с учетом плавучести и сил трения
. (4.71)
При бурении забойными двигателями:
; (4.72)
; (4.73)
, (4.74)
где –длина забойного двигателя.
Длина колонны СБТ L 1 определяется как разность длины ствола скважины за вычетом длины КНБК (4.75)