Боковая сила КНБК

При любых КНБК на долото действует боковая сила (рис. 1), которая приводит к возрастанию угла (сила, направленная в положительную сторону – эффект шарнира), не меняет наклон (результирующая сила равна нулю – стабилизированная КНБК) или уменьшает наклон (эффект маятника). Кроме того, изменения направления ствола (уход долота) может быть или сведен к минимуму, или увеличен путем изменения специфики вращения КНБК или буровых параметров.

Боковая сила КНБК

Рисунок 1

Жёсткость КНБК

Боковая сила КНБК

Рисунок 3

Большинство буровых элементов, составляющих КНБК, можно рассматривать как полые цилиндры. (рис. 3).Их упругость можно легко вычислить.

Коэффициент упругости = Е * I,

где
Е = модуль Юнга (фунт/дюйм2 )
I = момент инерции (дюйм4)
I = pi (OD4 – ID4) / 64,

где
OD= наружний диаметр
ID = внутренний диаметр

Коэффициент упругости является мерой жесткости. В таблице 1 приводятся значения модуля Юнга для различных материалов. Обратите внимание на сколько алюминий мягче, а вольфрам тверже стали. Упругость стальных бурильных труб можно вычислить следующим образом :

а) Дано : OD = 8”, ID=2-13/16”

Решение : E * I =30,0 x 106 x pi * (8,04 – 2,81254) / 64 = 5,9397×109

b) Дано: OD=7” , ID = 2-13/16”

Решение: E x I = 30,0 x 106 x pi x (7,04 – 2,81254) / 64 = 3,444 x 109

В этом случае уменьшение наружного диаметра на 12,5% (при том же самом внутреннем диаметре трубы) приводит к уменьшению упругости на 42%!
При конструировании КНБК важным является учет упругости УБТ. При близком расположении MWD к долоту, совершенно необходимо знать упругость УБТ с MWD. В противном случае, полученная кривизна ствола скважины будет отличаться от ожидаемой.

Материал

Используемый в

Фунт/дюйм2

сталь

бурильные трубы

УБТ

30.0х106

30.0х106

алюминий

бурильные трубы

УБТ

10,5х106

10,5х106

немагнитный сплав

немагнитные УБТ

26,0х106

нержавеющая сталь

немагнитные УБТ

28,0х106

карбид вольфрама

вставки долот

87,0х106

вольфрам

УБТ

51,5х106

Таблица 1

Боковая сила КНБК

Рисунок 4

Гладкая (прямая) компоновка.

Эта простейшая КНБК (долото, УБТ, бурильные трубы), представлена на рис. 4. При отсутствии нагрузки на долото, действует только отрицательная (сила эффекта маятника) боковая сила. Максимальная маятниковая сила, действующая на долото определяется уравнением :

H = (Wc. L.BC. Sina)/2, где

L – длина касательной

ВС – выталкивающая сила

Wc – вес УБТ в воздухе (фунт/фут).
а – наклон

Чем больше наклон ствола, тем сильнее действие маятниковой силы. Если мы прикладываем аксиальную нагрузку (на долото), то этим самым вводится положительная (изгибающая) сила. Точка касания сдвигается ближе к долоту и этим самым уменьшается маятниковая сила. В некоторой точке достигается нулевая результирующая боковая сила.

Применение более жестких УБТ приводит к возрастанию маятниковой силы. Для условия баланса необходимо приложить больший вес на долото. Иногда это бывает невозможным.

Очевидным является то, что эта неопределенность при использовании прямой (гладкой) компоновки приводит к непредсказуемым результатам. Поэтому этот тип КНБК не применяется в ответвленных участках ствола.

Боковая сила КНБК

Рисунок 5

Боковая сила КНБК

Рисунок6

КНБК с одним стабилизатором

Одним из путей контроля точки касания является установка стабилизатора в КНБК (рис. 5).

Если стабилизатор установлен достаточно далеко от долота, то он не оказывает влияния на его поведение. Однако, если стабилизатор приблизить к долоту, то точка касания изменится. УБТ между долотом и стабилизатором изгибаются если прилагается достаточно большая нагрузка. Точка касания возникает в том месте, где концентрируются максимальные отрицательные боковые (маятниковые) силы. Передвижение стабилизатора вниз приводит к появлению положительной боковой силы. УБТ, расположенная прямо над стабилизатором изгибается при возникновении нагрузки. Стабилизатор стремится сдвинуть долото в сторону более высокой стенки ствола. Это называется шарнирным эффектом. Увеличение нагрузки на долото приводит к увеличению скорости набора угла.

Чем гибче УБТ прямо над наддолотным стабилизатором, тем больше скорость набора угла. Чем меньше наружний диаметр УБТ, расположенного сразу за долотом, тем ближе к долоту сдвигается точка контакта. И, таким образом, возникает большая положительная боковая сила. Обычно КНБК с одним стабилизатором не применяется для набора угла.

0

Добавить комментарий

Войти с помощью: