Р оссийский Г осударственный У ниверситет НЕФТИ и ГАЗА имени И.М

ТРЕНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ О СТЕНКИ СКВАЖИНЫ ПРИ ЕЕ ВРАЩЕНИИ»


Презентацию подготовил:

Ливанов Д.Д.
научный руководитель: доцент, к.т.н. Балицкий В.П.

случае появляется сила трения, которая направлена вниз по оси скважины

(против направления движения)

где
Fрез - результирующая сила
mg – вес колонны
α – зенитный угол
Fтр – сила трения
k – коэффициент трения
скольжения

Результирующая сила при подъеме без вращения равна:
Fрез = Fтр + mg∙cos α = k∙mg∙sin α + mg∙cos α = mg(k∙sin α + cos α )

и так же как и скорость может быть разложена на

две составляющие.

ϑк

ϑос

ϑрез

Fтр

Fтрос

ϕ

ϕ

где
Fтр =k ∙ N – сила трения,
N – нормальная сила
Fтрос – осевая сила трения

Чем больше ϑк , тем больше угол ϕ и отклонение Fтр от оси, следовательно, меньше осевая сила трения, а значит легче поднимать колонну из скважины.

Подъем с вращением колонны

где
ϑрез – результирующая скорость
ϑк = ωR – касательная скорость
ϑос – осевая скорость

движение

тогда Fтрос = Fтр ∙ cos ϕ
Где:
R – радиус

БТ
ω - угловая скорость
ϑос - скорость подъема колонны

Найдем угол ϕ из прямоугольного треугольника
с известными катетами скоростей

где
ϕ = arctg (ωR/ϑос)

При ω → ∞ Fтрос → 0 на прямолинейном наклонном участке

ϕ + mg∙cos α = k ∙ mg∙sin α ∙

cos ϕ + mg∙cos α =

= mg(k∙sin α ∙ cos ϕ + cos α )

α

mg

Fрез

ϑк

Результирующая сила при подъеме с вращением равна

где
ϕ = arctg (ωR/ϑос)

с вращением к результирующей
силе при подъеме без вращения
W1(n) =

F’’/ F’ = mg(k∙sin α ∙ cos ϕ + cos α ) /mg(k∙sin α + cos α ) =
= (k∙sin α ∙ cos ϕ + cos α ) /(k∙sin α + cos α)

Где:
F’’ – результирующая сила с вращением колонны
F’ – результирующая сила без вращения
α – зенитный угол
k – коэф. трения
ϕ = arctg (ωR/ϑос)

ω = π ∙ n / 30
где n – частота вращения колонны

С помощью функции W1(n) можно наглядно
увидеть как влияет вращение колонны в скважине на уменьшение силы трения

Fтрос = mg·cos α – Fтр·cos ϕ = mg(cos α

- k·sin α·cos ϕ)

при cos ϕ = 1 колонна перестает вращаться

Введем функцию W2(n) как отношение результирующей силы без вращения к результирующей силе с вращением при спуске колонны в скважину

W2(n) = F’/ F’’ = (cos α - k∙sin α) / (cos α - k∙sin α ∙ cos ϕ)

– подъем

– подъем

mg·cos α = Fтрос
mg·cos α = Fтр·cos ϕ

трения и собственным весом на
искривленном участке.
Pн = Fтр +

Qос = k |-2qRи(cos αк – cos α) – Pк Δ α – qRиsin αк Δ α|· cos ϕ + |qRи(sin αк - sin α)|

где
αн ; αк - зенитные углы в начале и конце участка
Rи - радиус искривления
q - вес 1 метра бур. колонны
dl ; dα - длина и угол элементарного участка
Pк ; Pн - осевое усилие в конце и начале участка
P - касательная сила, действующая на эл. участок

где
Fтр – сила трения в искривленном участке
Qос – осевая проекция веса
бурильной колонны

без вращения и с вращением:
при зенитном угле α =

30 ° 8,8 т
при зенитном угле α = 60 ° 14,8 т

Информация по скважине:
Длинна вертикального участка l3 = 500 м
Радиус искривления Rи = 400 м
Длина прямолинейного наклонного участка l1 = 1800 м

силу трения о стенки скважины.
2. Это позволяет применять БУ меньшей

мощности, а значит меньшей стоимости.
3. Расчеты показывают, что нагрузка на крюке при подъеме с вращением может уменьшаться до 25%
4. Вычислено влияние частоты вращения бурильной колонны при конкретном профиле скважины на предельный угол заключительного прямолинейного наклонного участка.