Cекция "Фундаментальные проблемы геологии Кольского полуострова и шельфа Баренцева моря" МЕТОД РАСЧЕТА ДОПУСТИМОГО СМЕЩЕНИЯ БЕЗОПОРНОЙ ПЛАВУЧЕЙ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ ОТ ОСИ СКВАЖИНЫ В.В.Штрассер (МГТУ) Действующей инструкцией по расчету бурильных колонн для случаев роторного бурения скважин с плавучих безопорных средств предписывается производить проверку на статическую прочность и сопротивление усталости секций бурильных труб, вращающихся на участке между дном акватории и ее поверхностью. Условие статической прочности выражается зависимостью: (1) где sp, su , и t – соответственно растягивающее, изгибающее и касательное напряжения в рассматриваемом сечении, МПа; sT – предел текучести материала бурильных труб, МПа; [n]СП – нормативный коэффициент запаса на статическую прочность. Растягивающие напряжения определяются весом секций бурильной колонны, расположенных ниже рассматриваемого сечения, и гидродинамическим усилием, возникающим при истечении высокоскоростных струй промывочной жидкости из насадок долота.<з> Напряжения изгиба обусловлены воздействием на бурильную колонну морских течений, крена плавучей буровой установки (ПБУ) при ее качке, а также смещением плавсредства от оси скважины; изгибающий момент в верхнем сечении (на уровне закрепления бурильной колонны в роторе буровой установки) рассчитывается по формуле: (2) где (Мu)в.с. - в Н·м; – коэффициент, отражающий особенности закрепления колонны на ПБУ (принимается в пределах 0,75 –1,0); D – смещение ПБУ с точки бурения, м; – глубина моря, м; q – угол крена ПБУ, рад; p – распределенная нагрузка морской среды на бурильные трубы, Н/м; P – осевая растягивающая нагрузка, Н; E – модуль продольной упругости, Н/м2; I – осевой момент инерции рассматриваемого сечения бурильной колонны, м4. Приведенные уравнения справедливы для случаев, когда l Ј 150 м и при . Касательные напряжения допускается рассчитывать по приближенной формуле: (3) где kt - коэффициент, учитывающий влияние касательных напряжений на уровень напряженного состояния трубы и принимаемый равным 1,1 в случаях бурения наклонно направленных скважин (аналогия для изогнутой в аквато-риальной части бурильной колонны ). Преобразованием выражения (1) c заменой параметра su на отношение (Мu)в.с. / Wu (Wu - осевой момент сопротивления сечения трубы в м3 ), а касательного напряжения ф на растягивающее ур в соответствии с формулой (3), можно получить зависимость для вычисления допустимых моментов изгиба при kф = 1,1: (4) Из выражения (2) выводится формула для расчета величины смещения бурового плавсредства от оси скважины: (5) Решая совместно уравнения (4) и (5), находим зависимость допустимого смещения ПБУ с точки бурения от ряда проч-ностных и геометрических параметров бурильных труб, а также параметров, характеризующих условия функционирования ПБУ при бурении на море: (6) Аналогичным образом получены зависимости для расчета допустимых смещений ПБУ от оси скважины при выполнении требований статической прочности бурильной колонны в ее нижней части у дна моря, а также по условию уста-лостной прочности в сечении на уровне ротора буровой установки и в сечении на уровне дна моря. Выведенные формулы позволяют проверить спроектированную бурильную колонну на возможные сочетания природных и режимно–технологических факторов морского бурения нефтегазовых скважин. При эксплуатации какой–либо конкретной бурильной колонны возможен расчет безопасного (для бурильных труб) режима динамической стабилизации безопорной ПБУ. Ориентироваться при этом необходимо на меньшее из значений , , и , полученных в результате выполненных расчетов. © МГТУ 2000 webmaster@mstu.edu.ru
МЕТОД РАСЧЕТА ДОПУСТИМОГО СМЕЩЕНИЯ БЕЗОПОРНОЙ ПЛАВУЧЕЙ БУРОВОЙ УСТАНОВКИ ОТ ОСИ СКВАЖИНЫ
В.В.Штрассер (МГТУ)
Действующей инструкцией по расчету бурильных колонн для случаев роторного бурения скважин с плавучих безопорных средств предписывается производить проверку на статическую прочность и сопротивление усталости секций бурильных труб, вращающихся на участке между дном акватории и ее поверхностью. Условие статической прочности выражается зависимостью:
(1)
где sp, su , и t – соответственно растягивающее, изгибающее и касательное напряжения в рассматриваемом сечении, МПа; sT – предел текучести материала бурильных труб, МПа; [n]СП – нормативный коэффициент запаса на статическую прочность. Растягивающие напряжения определяются весом секций бурильной колонны, расположенных ниже рассматриваемого сечения, и гидродинамическим усилием, возникающим при истечении высокоскоростных струй промывочной жидкости из насадок долота.<з> Напряжения изгиба обусловлены воздействием на бурильную колонну морских течений, крена плавучей буровой установки (ПБУ) при ее качке, а также смещением плавсредства от оси скважины; изгибающий момент в верхнем сечении (на уровне закрепления бурильной колонны в роторе буровой установки) рассчитывается по формуле:
(2)
где (Мu)в.с. - в Н·м; – коэффициент, отражающий особенности закрепления колонны на ПБУ (принимается в пределах 0,75 –1,0); D – смещение ПБУ с точки бурения, м; – глубина моря, м; q – угол крена ПБУ, рад; p – распределенная нагрузка морской среды на бурильные трубы, Н/м; P – осевая растягивающая нагрузка, Н; E – модуль продольной упругости, Н/м2; I – осевой момент инерции рассматриваемого сечения бурильной колонны, м4
Касательные напряжения допускается рассчитывать по приближенной формуле:
(3)
где kt - коэффициент, учитывающий влияние касательных напряжений на уровень напряженного состояния трубы и принимаемый равным 1,1 в случаях бурения наклонно направленных скважин (аналогия для изогнутой в аквато-риальной части бурильной колонны ).
Преобразованием выражения (1) c заменой параметра su на отношение (Мu)в.с. / Wu (Wu - осевой момент сопротивления сечения трубы в м3
Из выражения (2) выводится формула для расчета величины смещения бурового плавсредства от оси скважины:
(5)
Решая совместно уравнения (4) и (5), находим зависимость допустимого смещения ПБУ с точки бурения от ряда проч-ностных и геометрических параметров бурильных труб, а также параметров, характеризующих условия функционирования ПБУ при бурении на море:
(6)
Аналогичным образом получены зависимости для расчета допустимых смещений ПБУ от оси скважины при выполнении требований статической прочности бурильной колонны в ее нижней части у дна моря, а также по условию уста-лостной прочности в сечении на уровне ротора буровой установки и в сечении на уровне дна моря.
Выведенные формулы позволяют проверить спроектированную бурильную колонну на возможные сочетания природных и режимно–технологических факторов морского бурения нефтегазовых скважин. При эксплуатации какой–либо конкретной бурильной колонны возможен расчет безопасного (для бурильных труб) режима динамической стабилизации безопорной ПБУ. Ориентироваться при этом необходимо на меньшее из значений , , и , полученных в результате выполненных расчетов.