Weatherford. Технический справочник. Section 16 - расчеты по нагрузке и удлинению

34 Pages·2.25 MB·Russian

ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ДАННЫЕ ПО РАСТЯЖЕНИЮ НКТ,
БУРИЛЬНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБ
Часто требуется определить величину растяжения всех марок. Скорость растяжения определяется
или удлинения различных труб, используемых в только величинами, которые входят в
нефтяных скважинах, под воздействием приведенную выше общую формулу растяжения.
приложенных тяговых усилий. Роберт Гук
(1637-1702) сформулировал закон (Закон Гука), Таблицы растяжения:
согласно которому упругая деформация, Таблицы параметров растяжения, содержащиеся в
возникающая в теле, пропорциональна данном разделе (на стр. с 16-6 по 16-10), включают
механическому напряжению или силе, в себя данные по широкому диапазону размеров и
действующей на это тело, если она не превышает масс НКТ, бурильных и обсадных труб.
предела упругости данного тела. (Предел В столбцах таблиц указаны значения наружного
упругости тела это максимальное напряжение, диаметра, погонной массы на один фут,
которое не приводит к возникновению в этом теле внутреннего диаметра, площади поперечного
остаточной деформации или постоянного сечения стенок трубы, а также коэффициента
растяжения, применительно к разработке растяжения (S.C.) и коэффициента «свободной
нефтяных месторождений.) Величина растяжения, точки» (F.P.C.).
возникающего под действием приложенного
тягового усилия, зависит от величины тяги, длины Определение растяжения:
растягиваемого тела, упругости материала, а Величина растяжения определяется по следующей
также площади поперечного сечения, что отражено формуле с подстановкой соответствующего
в приведенной ниже общей формуле расчета коэффициента растяжения, взятого из таблиц:
растяжения при условии, что напряжение не
превышает предела упругости тела. D L = F · L · S.C.
где: D L = растяжение в дюймах;
Общая формула растяжения: F = тяговое усилие в тысячах фунтов;
L = длина в тысячах футов;
F· L· 12 S.C = табличный коэффициент
D L =
E· a растяжения в дюймах на тысячу
s
фунтов тяговой силы на тысячу
где: D L = растяжение в дюймах;
футов длины.
F = тяговое усилие в фунтах;

L = длина в футах;
Пример:
E = модуль упругости (модуль Юнга)
Требуется определить величину растяжения под
в фунтах на квадратный дюйм
действием тягового усилия 30 000 фунтов для НКТ
(для стали Е =
длиной 6500 футов, наружным диаметром
30 000 000 фунт/кв.дюйм);
2,375 дюйма, погонной массой 4,7 фунтов на фут и
a = площадь поперечного сечения
s внутренним диаметром 1,995 дюйма.
(для труб — площадь

поперечного сечения стенок или
D L = F · L · S.C.
разность площади по наружному
= 30 · 6,5 · 0,30675
диаметру и внутреннему
= 59,8 дюймов — составит
диаметру) в квадратных дюймах.
величина растяжения.

Примечание:
Определение «свободной точки»:
В нефтедобывающей отрасли широко
Приведенные в таблице значения коэффициента
распространено ошибочное представление о том,
«свободной точки» позволяют легко рассчитать
что скорость растяжения труб зависит от марки
длину растягиваемой части трубы, что обычно
стали, из которой они изготовлены (J-55, N-80 и
называют определением места прихвата или
т. д.) Это представление неверно.
крепления колонны труб в скважине, если

известны величины тягового усилия и растяжения.
Высококачественные марки сталей имеют более
Выберите из таблицы соответствующее значение
высокий предел упругости и, таким образом, могут
коэффициента «свободной точки» для
растягиваться на большую величину, чем
рассматриваемой трубы и выполните вычисления
низкосортные марки сталей, прежде чем будет
по следующей формуле:
достигнут их предел упругости, однако скорость

растяжения при этом остается одинаковой для
Продолжение на стр. 16-2
©2002 Weatherford. Все права защищены 16-1
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

D L Пример:
L= · F.P.C.
Требуется найти значение коэффициента
F
растяжения для НКТ наружным диаметром
Где: L = * минимальная длина
2,375 дюйма, погонной массой 4,7 фунта на фут с
свободной части трубы или
площадью поперечного сечения стенок (a )
растягиваемой части трубы в s
1,304 квадратных дюйма.
футах;
D L = растяжение в дюймах;
0,4
F = тяговое усилие в тысячах S.C.=
фунтов; a
s
F.P.C. = коэффициент «свободной 0,4
точки» из таблицы. =
1,304

=0,30675
* Вследствие влияния сил трения, которое
невозможно рассчитать простым способом,
фактическая длина свободной части трубы может Пример:
быть больше расчетной. Как обязательное Требуется найти значение коэффициента
условие в вычислениях по формуле «свободной точки» для бурильной трубы
предполагается, что трение полностью наружным диаметром 4-1/2 дюйма, погонной
отсутствует. массой 16,60 фунта на фут с площадью
поперечного сечения стенок (as) 4,407 квадратных
Пример: дюйма.
Требуется определить минимальную длину
свободной части растягиваемой трубы при F.P.C.=2500· a
s
растяжении колонны бурильных труб наружным =2500· 4,407
диаметром 4-1/2 дюйма, массой 16,60 фунтов на
=11017,5
фут на величину 18,6 дюйма под действием
тягового усилия 25 000 фунтов.
Диаграммы растяжения
D L В данном разделе (на стр. с 16-11 по 16-23)
L= · F.P.C. представлены диаграммы растяжения для НКТ с
F
высаженными и невысаженными наружу концами
18,6
= · 11017,5 основных типоразмеров по погонной массе и
25 толщине стенок по стандартам API наружным
= 8197 футов, или приблизительно диаметром от 1,660 до 7 дюймов. Величину
8200 футов. растяжения для НКТ, у которых площадь
поперечного сечения стенок отличается от
Вычисление коэффициентов растяжения и указанных значений, следует определять по
коэффициентов «свободной точки»: общей формуле растяжения или по таблицам
Для всех типоразмеров труб, не указанных в параметров растяжения, которые также имеются
таблице значений параметров растяжения, в данном разделе.
коэффициенты растяжения и «свободной точки»
можно вычислить с помощью следующей В каждой диаграмме растяжения представлены
формулы: только три переменных параметра: тяговое
усилие, глубина (или длина) и величина
0,4 растяжения. Если известны значения любых двух
S.C.=
a из этих параметров, определить третий можно
s
непосредственно по графику следующим
F.P.C.=2500· a
s образом:
1. если известны глубина и тяговое усилие,
Где: можно найти величину растяжения;
as = площадь поперечного сечения 2. если известны глубина и величина
стенок трубы в квадратных растяжения, можно найти тяговое усилие;
дюймах. 3. если известны тяговое усилие и
растяжение, можно найти глубину или длину
растягиваемой части НКТ.

16-2 ©2002 Weatherford. Все права защищены
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ РАСТЯЖЕНИЯ ДЛЯ НКТ
Площадь Коэффициент Коэффициент
НД Масса ВД поперечного сечения растяжения (дюймы/ «свободной
(дюймы) (фунт/фут) (дюймы) стенок (кв. дюймы) тыс. фунтов/тыс. футов) точки»
1,050 1,14 0,824 0,333 1,20120 832,5
(3/4) 1,20 0,824 0,333 1,20120 832,5
1,30 1,125 0,364 1,09890 910,0
1,43 1,097 0,413 0,96852 1032,5
1,315 1,63 1,065 0,467 0,85653 1167,5
(1) 1,70 1,049 0,494 0,80972 1235,0
1,72 1,049 0,494 0,80972 1235,0
1,80 1,049 0,494 0,80972 1235,0
2,10 1,410 0,603 0,66335 1507,5
1,660 2,30 1,380 0,669 0,59791 1672,5
(1-1/4) 2,33 1,380 0,669 0,59791 1672,5
2,40 1,380 0,669 0,59791 1672,5
2,40 1,650 0,697 0,57389 1742,5
2,60 1,610 0,799 0,50063 1997,5
1,900 2,72 1,610 0,799 0,50063 1997,5
(1-1/2) 2,75 1,610 0,799 0,50063 1997,5
2,76 1,610 0,799 0,50063 1997,5
2,90 1,610 0,799 0,50063 1997,5
2,000 3,30 1,670 0,951 0,42061 2377,5
(2) 3,40 1,670 0,951 0,42061 2377,5
2,66 1,813 0,761 0,52562 1902,5
2,063 3,25 1,751 0,935 0,42781 2337,5
(2-1/16) 3,30 1,751 0,935 0,42781 2337,5
3,40 1,751 0,935 0,42781 2337,5
3,10 2,125 0,884 0,45249 2210,0
3,32 2,107 0,943 0,42418 2357,5
4,00 2,041 1,158 0,34542 2895,0
4,60 1,995 1,304 0,30675 3260,0
2,375 4,70 1,995 1,304 0,30675 3260,0
(2-3/8) 5,30 1,939 1,477 0,27082 3692,5
5,80 1,867 1,692 0,23641 4230,0
5,95 1,867 1,692 0,23641 4230,0
6,20 1,853 1,733 0,23081 4332,0
7,70 1,703 2,152 0,18587 5380,0
Продолжение на стр. 16-4

©2002 Weatherford. Все права защищены 16-3
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ РАСТЯЖЕНИЯ ДЛЯ НКТ
Площадь Коэффициент растяжения Коэффициент
НД Масса ВД поперечного сечения (дюймы/тыс. фунтов/ «свободной
(дюймы) (фунт/фут) (дюймы) стенок (кв. дюймы) тыс. футов) точки»
4,36 2,579 1,268 0,31546 3170,0
4,64 2,563 1,333 0,30008 3332,5
6,40 2,441 1,812 0,22075 4530,0
6,50 2,441 1,812 0,22075 4530,0
7,90 2,323 2,254 0,17746 5635,0
2,875 8,60 2,259 2,484 0,16103 6210,0
(2-7/8) 8,70 2,259 2,484 0,16103 6210,0
8,90 2,243 2,540 0,15748 6350,0
9,50 2,195 2,708 0,14771 6770,0
10,40 2,151 2,858 0,13996 7145,0
11,00 2,065 3,143 0,12727 7857,5
11,65 1,995 3,366 0,11884 8415,0
5,63* 3,188 1,639 0,24405 4097,5
5,75 3,188 1,639 0,24405 4097,5
7,70 3,068 2,228 0,17953 5570,0
9,20 2,922 2,590 0,15444 6475,0
9,30 2,922 2,590 0,15444 6475,0
10,20 2,922 2,915 0,13722 7287,5
3,500 10,30 2,922 2,915 0,13722 7287,5
(3-1/2) 12,80 2,764 3,621 0,11047 9052,5
12,95 2,750 3,682 0,10864 9205,0
13,70 2,673 4,010 0,09975 10025,0
14,70 2,601 4,308 0,09285 10770,0
15,10 2,602 4,304 0,09294 10760,0
15,80 2,524 4,618 0,08662 11545,0
17,05 2,440 4,945 0,08089 12362,5
9,40 3,548 2,680 0,14925 6700,0
9,50 3,548 2,680 0,14925 6700,0
4,00 10,80 3,476 3,077 0,13000 7692,5
(4) 10,90 3,476 3,077 0,13000 7692,5
11,00 3,476 3,077 0,13000 7692,5
11,60 3,428 3,337 0,11987 8342,5
13,40 3,340 3,805 0,10512 9512,5
12,60 3,958 3,600 0,11111 9000,0
12,75 3,958 3,600 0,11111 9000,0
4,500 15,10 3,826 4,407 0,09076 11017,5
(4-1/2) 15,50 3,826 4,407 0,09076 11017,5
16,90 3,754 4,836 0,08271 12090,0
19,20 3,640 5,498 0,07275 13745,0

16-4 ©2002 Weatherford. Все права защищены
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ РАСТЯЖЕНИЯ ДЛЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ
Погонная Площадь Коэффициент растяжения Коэффициент
НД масса ВД поперечного сечения (дюймы/тыс. фунтов/ «свободной
(дюймы) (фунты/фут) (дюймы) стенок (кв. дюймы) тыс. футов) точки»
(2-3/8 4,85 1,995 1,304 0,30675 3260,0
6,65 1,815 1,843 0,21704 4607,5
(2-7/8) 6,85 2,441 1,812 0,22075 4530,0
10,40 2,151 2,858 0,13996 7145,0
9,50 2,992 2,590 0,15444 6475,0
(3-1/2) 13,30 2,764 3,621 0,11047 9052,5
15,50 2,602 4,304 0,09294 10760,0
(4) 11,85 3,476 3,077 0,13000 7692,5
14,00 3,340 3,805 0,10512 9512,5
13,75 3,958 3,600 0,11111 9000,0
(4-1/2) 16,60 3,826 4,407 0,09076 11017,5
18,10 3,754 4,836 0,08271 12090,0
20,00 3,640 5,498 0,07275 13745,0
(5) 16,25 4,408 4,374 0,09145 10935,0
19,50 4,276 5,275 0,07583 13187,5
(5-1/2) 21,90 4,778 5,828 0,06863 14570,0
24,70 4,670 6,630 0,06033 16575,0
(6-5/8) 25,20 5,965 6,526 0,06129 16315,0

©2002 Weatherford. Все права защищены 16-5
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ РАСТЯЖЕНИЯ ДЛЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ
Площадь Коэффициент растяжения Коэффициент
НД Масса ВД поперечного сечения (дюймы/тыс. фунтов/ «свободной
(дюймы) (фунт/фут) (дюймы) стенок (кв. дюймы) тыс. футов) точки»
95,0 4,090 2,766 0,14461 6915,0
10,50 4,052 3,009 0,13293 7522,5
11,60 4,000 3,338 0,11983 8345,0
(4-1/2) 13,50 3,920 3,836 0,10428 9590,0
15,10 3,826 4,407 0,09076 11017,5
16,90 3,740 4,918 0,08133 12295,0
11,50 4,560 3,304 0,12107 8260,0
13,00 4,494 3,773 0,10602 9432,5
(5) 15,00 4,408 4,374 0,09145 10935,0
18,00 4,276 5,275 0,07583 13187,5
20,80 4,156 6,069 0,06591 15172,5
14,00 5,012 4,029 0,09928 10072,5
15,50 4,950 4,514 0,08861 11285,0
(5-1/2) 17,00 4,892 4,962 0,08061 12405,0
20,00 4,778 5,828 0,06863 14570,0
23,00 4,670 6,630 0,06033 16575,0
20,00 6,049 5,734 0,06976 14335,0
24,00 5,921 6,937 0,05766 17342,5
(6-5/8) 28,00 5,791 8,133 0,04918 20332,5
32,00 5,675 9,177 0,04359 22942,5
17,00 6,538 4,912 0,08143 12280,0
20,00 6,456 5,749 0,06958 14372,5
23,00 6,366 6,656 0,06010 16640,0
26,00 6,276 7,549 0,05299 18872,5
(7) 29,00 6,184 8,449 0,04734 21122,5
32,00 6,094 9,317 0,04293 23292,5
35,00 6,004 10,172 0,03932 25430,0
38,00 5,920 10,959 0,03650 27397,5
24,00 7,025 6,904 0,05794 17260,0
26,40 6,969 7,519 0,05320 18797,5
(7-5/8) 29,70 6,875 8,541 0,04683 21352,5
33,70 6,765 9,720 0,04115 24300,0
39,00 6,625 11,191 0,03574 27980,0
Продолжение на стр. 16-7

16-6 ©2002 Weatherford. Все права защищены
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ПРОДОЛЖЕНИЕ: ТАБЛИЦА ПАРАМЕТРОВ РАСТЯЖЕНИЯ
ДЛЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ
Коэффициент
Площадь растяжения Коэффициент
НД Масса ВД поперечного сечения (дюймы/100 фунтов/ «свободной
(дюймы) (фунт/фут) (дюймы) стенок (кв. дюймы) тыс. футов) точки»
24,00 8,097 6,934 0,05769 17335,0
28,00 8,017 7,947 0,05033 19867,5
32,00 7,921 9,149 0,04372 22872,5
(8-5/8) 36,00 7,825 10,336 0,03870 25840,0
40,00 7,725 11,557 0,03461 28892,5
44,00 7,625 12,673 0,03156 31682,5
49,00 7,511 14,118 0,02833 35295,0
32,30 9,001 9,128 0,04382 22820,0
36,00 8,921 10,254 0,03901 25635,0
(9-5/8) 40,00 8,835 11,454 0,03492 28635,0
43,50 8,755 12,559 0,03185 31397,5
47,00 8,681 13,572 0,02947 33930,0
53,50 8,535 15,546 0,02573 38865,0
32,75 10,192 9,178 0,04358 22945,0
40,50 10,050 11,435 0,03498 28587,5
45,50 9,950 13,006 0,03076 32515,0
(10-3/4) 51,00 9,850 14,561 0,02747 36402,5
55,50 9,760 15,947 0,02508 39867,5
60,70 9,660 17,473 0,02289 43682,5
65,70 9,560 18,982 0,02107 47455,0
42,00 11,084 11,944 0,03349 29860,0
47,00 11,000 13,401 0,02985 33502,5
(11-3/4) 54,00 10,880 15,463 0,02587 38657,5
60,00 10,772 17,300 0,02312 43250,0
48,00 12,715 13,524 0,02958 33810,0
54,50 12,615 15,514 0,02578 38785,0
(13-3/8) 61,00 12,515 17,487 0,02287 43717,5
68,00 12,415 19,445 0,02057 48612,5
72,00 12,347 20,768 0,01926 51920,0
65,00 15,250 18,408 0,02173 46020,0
(16) 75,00 15,124 21,414 0,01868 53535,0
84,00 15,010 24,112 0,01659 60280,0
(20) 94,00 19,124 26,918 0,01468 67295,0

©2002 Weatherford. Все права защищены 16-7
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ТРУБ

Измерения растяжения труб с целью определения РАЗМЕРЫ ТРУБЫ ТРЕБУЕМОЕ
расчетной точки прихвата очень важны по ряду причин. ТЯГОВОЕ УСИЛИЕ
Определение величины растяжения является одной из
первых операций, выполняемых при извлечении труб дюймы мм фунты/фут кг/м фунты даН
из скважины.
1 25,4 НКТ 1,80 2,68 4,500 1,990

Причины для этого заключаются в следующем: 1-1/4 31,7 2,40 3,57 6,000 2,600

1-1/2 38,1 2,90 4,31 7,000 3,100
(1) Ускорение хода работ. Если окажется, что
расчетная точка прихвата находится на 2-3/8 60,3 4,70 6,99 11,500 5,100
глубине 10 000 футов, нет смысла тратить
2-3/8 60,3 7,70 11,46 19,000 8,500
время на выполнение замеров на малых
глубинах. Для этого необходимо только 2-7/8 73,0 6,50 9,67 15,500 7,000
установить инструмент, а затем опустить его
2-7/8 73,0 10,40 15,58 25,000 11,000
в скважину и начать замеры с отметки,
расположенной на несколько сотен футов 3-1/2 88,9 9,30 13,34 22,500 10,000
выше этой точки.
3-1/2 88,9 10,30 15,33 25,500 11,500

(2) Определение размера спускаемой ленточной 3-1/2 88,9 12,95 19,27 32,000 14,500
торпеды.
3-1/2 88,9 15,80 23,51 40,500 18,000

(3) Выбор типа запальников и детонирующего 4 101,6 11,00 16,37 27,000 12,000
шнура для устройства торпеды.
4 101,6 13,40 19,94 33,500 15,000

(4) Определение требуемой массы и крутящего 4-1/2 114,3 12,75 18,97 31,500 14,000
момента спускаемого инструмента для
2-3/8 60,3 БТ 6,65 9,89 16,000 7,000
правильного определения точки прихвата.
2-7/8 73,0 10,40 15,47 25,000 11,000
Метод 1
3-1/2 88,9 13,30 19,79 31,500 14,000

Для определения расчетной точки прихвата вычислите 4 101,6 14,00 20,83 33,500 15,000
общую массу колонны, включая талевый блок.
4-1/2 114,3 16,60 24,70 38,500 17,000
Поднимите трубу до указанной массы и нанесите на
трубу соответствующую отметку на столе ротора. 5 127,0 19,50 29,02 46,000 20,500
Затем поднимите колонну выше этой отметки на
4-1/2 114,3 Обс. 9,50 14,14 24,000 10,500
величину массы в фунтах, найденную по таблице ниже.
Сделайте еще одну отметку на столе ротора. Измерьте 4-1/2 114,3 11,60 17,26 29,000 13,000
расстояние между двумя отметками. В результате вы
5 127,0 15,00 22,32 38,500 17,000
получите растяжение, равное 3-1/2 дюйма на
1000 футов длины свободной части трубы. Величина 5-1/2 139,7 14,00 20,83 35,500 15,500
растяжения в дюймах: 3,5† · 1,000'. 5-1/2 139,7 17,00 25,30 43,500 19,500

Масса поднимаемой части колонны выше отметки 5-1/2 139,7 20,00 29,76 51,000 22,500
удлинения 3-1/2 дюйма на 1000 футов длины 7 177,8 17,00 25,30 43,000 19,000
свободной части трубы.
7 177,8 23,00 34,22 58,000 26,000
7 177,8 35,00 52,03 89,000 39,500
8-5/8 219,0 40,00 59,52 101,000 45,000
9-5/8 244,5 43,50 64,73 110,000 49,000
10-3/4 273,0 45,50 67,70 114,000 50,500

Если масса трубы не указана в таблице, используйте следующую формулу для вычисления тягового усилия в фунтах, которое
требуется приложить дополнительно к массе колонны, чтобы получить растяжение в 3-1/2 дюйма на 1000 футов длины свободной
части трубы.

2208,5 · погонная масса трубы на один фут = тяговое усилие в фунтах.
Для точного определения массы трубы необходимо учитывать коэффициент плавучести (коэффициент потери веса).

Плавучесть: Способность тела, погруженного в жидкость, подниматься или оставаться на поверхности.
Пример: 11 624 фута НКТ 2-3/8 дюйма — 4,7# на фут длины НКТ.
Вес жидкости = 11,2# на галлон бурового раствора. Вес блока = 12 000#.
Вес трубы в воздухе: 11 624' x 4,7# = 54 632# Коэффициент плавучести для бурового раствора 11,2# = 0,829
См. коэффициент плавучести на стр. 16-34
Вес трубы в жидкости: 54 632# x 0,829 = 45 290#
Вес трубы с талевым блоком: 45 290# + 12 000# = 57 290# или 57 000#
16-8 ©2002 Weatherford. Все права защищены
ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК

УДЛИНЕНИЕ ТРУБ И ШТАНГ

Х
А
М
Й
Ю
Д
В
Ы
Б
У
Р
Т
Е
И
Н
Е
Н
И
Л
Д
У

ДЛИНА ТРУБЫ В ТЫС. ФУТОВ

КРИВЫЕ
1 = Воздух
2 = Морская вода (плотность 1,155)
3 = Буровой раствор (плотность 1,45)
Кривые показывают удлинение бурильной трубы,
НКТ или насосных штанг.
©2002 Weatherford. Все права защищены 16-9
1
6 ДИАГРАММА РАСТЯЖЕНИЯ НКТ
-
1
0 НКТ НД 1,660 ДЮЙМА, 2,40 ФУНТА/ФУТ С НАРУЖНОЙ ВЫСАДКОЙ ИЛИ 2,30

ФУНТА/ФУТ БЕЗ ВЫСАДКИ (ПОП. СЕЧ. СТЕНОК 0,668 КВ.ДЮЙМА) ПО API

Т
Е
Х
© Н
2 И
0
0 Ч
2
W Е
e С
ath ГЛУБИНА (ФУТЫ) К
e И
rfo Й
rd
Вс. СП
еп Р
р А
а
в В
а
з О
ащ Ч
и Н
щ
е И
ны К