Колонковый набор
КОЛОНКОВЫЙ НАБОР, содержащий наружную трубу с переходаиком и коронкой , а также размещенную между переходником к коронкой в упруго деформированном состоянии внутреннюю керноприемную трубу, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искривления скважины при бурении, внутренняя керноприемная труба находится в состоянии сжатия и выполнена в виде группы состыкованных торцами патрубков с длиной, удовлегеоряющей условию Р( где Е - длина патрубка, м; осевой момент инерцин поперечного сечения внутренней трубы, м; Sj, - площадь поперечного сечения наруяаюй трубы, м; Sgj, - площадь поперечного сечения внутренней трубы, Р - усилие предварительного сжатия (Л внутренней , кг; В - модуль упругости мате|яила труб, МПа.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
4т5ц E 21 В 25/00, Е 21 В 7 10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ фт,; ;: "
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Б .. . " где 2 вн длина патрубка, м; осевой момент инерции поперечного сечения внутренней трубы, м; площадь поперечного сечения наружной трубы, м ; площадь поперечного сечения внутренней трубы, м; Щ
8н усилие предварнтельного сжатия внутренней трубы, кг; модуль упругости материала труб, С"
МПа.
К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ (21) 3670609/22 — 03 (22) 09.12.83 (46) 07.04.85. Бюл. М 13 (72) И. Н. Страбыкин, В. В. Нескоромных и Н. А. Буглов (71) Иркутский ордена Трудового Красного
Знамени политехнический институт (53) 622.243.64 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 739213, кл. E 21 В 25/00, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР Р 713982, кл. E 21 В 25/00, 1978 (прототип). (54) (57) КОЛОНКОВЬ1И НАБОР, содержащий наружную трубу с переходником и коронкой, а также размещенную между переходником и коронкой в упруго деформированном состоянии внутреннюю керноприемную трубу, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искривления скважины при бурении, внутренняя кернопри. емная труба находится в состоянии сжатия и выполнена в виде группы состыкованных торцами патрубков с длиной, удовлетворяющей условию
966 где аа
Ф 1148
Изобретение относится к горному делу, к средствам для бурения с отбором керна.
Известны колонковые наборы, содержащие наружную трубу с переходником и коронкой, а также внутреннтою керноприемную трубу (11
При бурении известными наборами удовлетворительный выход керна может быть получен только при ограниченной длине кер ноприемной трубы, поскольку при больших размерах наблюдается искривление набора и подклепка керна.
Известны также колонковые наборы, где предусмотрены средства для увеличения жесткости н устойчивости керноприемной трубы.
Такой колонковый набор содержит наружную трубу с переходником и коронкой, а также размещенную между переходником и коронкой в упруго деформированном состоянии внутреннюю керноприемную трубу (21.
Однако наличие предварительного напряжения в конструкции стабилизирует форму керноприемной трубы, но в то же время в результате деформации изгиба наружной трубы может вызвать искривление скважины при бурении с последующими осложнени\ ями.
Цель изобретения — уменьшение искривления. скважины при бурении.
Указанная цель достигается тем, что в колонковом наборе, содержащем наружную трубу с переходником и коронкой, а также размещенную между переходником и коронкой в упруго деформированном состоянии внутреннюю керноприемную трубу, последняя находится в состоянии сжатия и выполнена в виде группы состыкованных торцами патрубков с длиной, удовлетворяющей условию =Я 1 4О (к B длина патрубка, м; осевой момент инерции поперечного сечения внутренней трубы, м; площадь поперечного сечения наружной трубы, м; площадь поперечного сечения внутренней трубы, м2; усилие предварительного сжатия внутренней трубы, кг; модуль упругости материала труб, МПа. бора под действием этой силы и при приложенки осевой нагрузки.
На фиг. 1 показан колонковый набор, разрез; на фнг. 2 — 5 — расчетные схемы для определения рациональной длины патрубков.
Колонковый набор включает переходник 1, соединенный с наружной трубой 2, внутреннюю керноприемную трубу 3, собранную иэ состыкованных своими торцами патрубков, и породоразрушающий инструмент 4, соединенный с наружной трубой 2. Внутренняя труба 3 устанавливается во внешнюю трубу 2 без зазора (в пределах технологического допуска на изготовление и сборку) и выполняется составной из состыкованных между собой патрубков, длина которых не превышает критическую длину для данных размеров поперечного сечения, что позволяет избежать продольного изгиба каждого отдельного патрубка и всего колонкового набора при предварительном напряжении колонкового набора на необходимое для практических целей усилие.
Внутренний диаметр внутренней трубы 3 определяется как превышающий на 1 — 2 мм внутреннего диаметра породораэрушающего инструмента 4, Перед бурением при сборке колонкового набора производится предварительное сжатие внутренней трубы 3 закручиванием переходника 1, Усилие сжатия должно быть не менее усилия при бурении.
Длина патрубков выбрана исходя из следующего, При предварительном напряжении компоновок малого диаметра для бурения с отбором керна и имеющих поэтому внутреннюю и наружную трубы, примерно, равных жесткостей (жесткость — EJ, где Е— модель упругости материала трубы, 3 осевой момент,инерции поперечного сечения трубы), наблюдается деформация всей конструкции колонкового набора. Деформация компоновок наблюдается при предварительном напряжении за счет изгиба внутренней трубы в пределах зазора между наружной и внутренней трубами, который всегда присутствует в пределах технологических допусков, установленных на изготовление и для сборки компоновок..Изгибу также способствует несовершенство прочностных свойств материала, из которого изготовлены компоновки, Выполнение керноприемной трубы из группы патрубков определенной длины уменьша- 5> ет величину поперечной силы, действующей в местах контакта ее с наружной трубой, и тем самым уменьшает величину прогиба наПоэтому для решения задачи предварительного напряжения компоновок для разведочного бурения с отбором керна предлагается изготавливать внутреннюю трубу из патрубков, длина которых равна критической длине по условию устойчивости, что позво1148966
4ЭЕ g
Я= 42з где — изгибная жесткость наружной трубы;
=220 см
Sin
2 ° 1
АС
Р, - и еу.
4 5.10-4.
0,1
220
= 2,27 кГ.
3 ляет избежать изгиба каждого отдельного патрубка. Перекосы в местах состыковки создают меньшую поперечную силу, чем в сплошной трубе, что видно из приведенных расчетов. Расчет проведен по известной мето. дике, 4ВЕЗ вн — вила давления на внут.
Вдз реннюю поверхность наружной трубы;
Š— прогиб в пределах заур зора между наружной и внутренней трубами.
Чтобы наружная труба не изгибалась, под действием изогнутой внутренней трубы, должно соблюдаться условие R 0 3Р (фиг. 2), Рассмотрим конструктивную схему, когда внутренняя труба выполнена в виде целостного трубчатого элемента, подставив реальные значения для колонкового набора диаметром
57 мм с толщиной стенки 375 мм, Внутренняя труба диаметром 49,5 мм с толщиной стенки 30 мм. Е = 2 10 кг/см, 3„ = 22 см4 «т „= 12 см4, Р = 100 см.
1т= — — — — — = 33 кГ, Р= — " — 1= 144 кГ1 30
48-2-106. 22 48,2 1лб
64 10 8 10
При f = 0,05 см, 33 > (144 .0,05 3) = 21,6; при f = 0,08 см, 33 ((144 -0,08 ° 3) = 34,6, Таким образом, при зазоре 0,08 см насту» пит изгиб, а деформация наружной трубы будет наблюдаться и при меньших зазорах.
Также могут быть различные условия закрепления концов внутренней трубы. Например, если концы внутренней трубы защемлены» то HpH TGx же условиях поперечная си 40 ла равна (фиг. 3).
Е Хв„г.10 -1г.f
Р„= — — — — f—
0,0093 Р -8 0,0093- 8 ° 10ь
3f
=322,7 f; т
При тех же значениях поперечная сила достигает очень больших значений
48 Å3 488,2 -10 22 — — — — =33 кГ;
64. 64 10
F= — — — — — —, f =144кГ.Г
48-Е-Звн 48 2 10 12
8 té 8, 10
j-1
Б Р; = 2 Р, + P = 645,4 f 4 144.Х = 789,4 .1 ;
Если внутренняя труба представляет собой собранную из состыкованных патрубков, длина которых равна критической по условию устойчивости, каждый отдельный патрубок не получит изгиба, а перекосится во внешней трубе в пределах зазора. Причем перекос патрубков будет не симметричным, а беспорядочным за счет неточности при обработке торцовых поверхностей патрубков, что еще больше уменьшит суммарную поперечную силу из-за беспорядочной ориентации единичных сил, Рассмотрим перекос в виде полуволны (фиг. 4). Определим длину патрубка, исходя из критической силы ен кр е
ВС = 2-f = 0,1см; АС = 220 см;
48.2 .10 22
R= = — — — — — — 24,8кГ;
85 184 10
P изгибное равно 4,54.кГ, Таким образом, поперечная сила в последнем случае значительно меньше, что позволяет сжимать внутреннюю трубу для предварительного напряжения колонкового набора с требуемым усилием.
По длине патрубков меньше критической увеличивается количество стыков по длине колонкового набора, что отрицательно сказывается на условия кернообразования, что крайне нежелательно. Таким образом, оптимальной длиной патрубков является длина, равная критической величине по условию устойчивости.
Йтя сжатия внутренней трубы применяются усилия, которые не создают усилие предварительного растяжения в наружной трубе, превышающее величину осевого усилия, опреде. ляемого технологическими режимами бурения.
Ограничение нагрузки позволит обеспечить полную сопротивляемость изгибу колонкового набора от осевого усилия, а также избежать излишней деформации колонкового набора.
33 <(789,4 0,05) = 39,47, т.е. прогиб наступит еще раньше.
Определим силу сжатия внутренней трубы
Рх согласно расчетной схеме (фиг. 3).
1148966
Внутренняя труба, сжатая силой Рх, должна быть длиннее наружной трубы на величину
Р„Д вЂ” М х ЕЬвн гле à — длина наружной трубы, м;
S — площадь поперечного сечения внутs» г. ренней трубы, м;
Š— модуль упругости материала внутренней трубы, МПа.
Сжатая усилием P„внутренняя труба удерживается в сжатом состоянии и растягивает наружную трубу усилием Р, равным осевому усилию при бурении.
Деформация растяжения в наружной трубе равна
РЕ дД= —, м, 1 Е5»
rge S„— площадь поперечного сечения наружной трубы, м .
Внутренняя труба изменяет свою деформацию и сжимается на величину
61= —, и..
Р1 25
ES вн
Согласно расчетной схеме аЕ„= а „дЕ, ЗО
РЕ РЕ РЕ
E Ss„ES„E Ssa
После преобразований получим (н 6н1 н
Так как напряжение в материале внутренней 40 трубы не превышает предела пропорциональности материала и считая заделку концов патрубков шарнирной, критическая нагрузка сжатия определится известной формулой Эйлера
4S Эвн
P кг
>EF q 2 я где 3ан — осевой момент инерции поперечного сечения внутренней трубы, м, 1„- длина патрубка, м.
Согласно условию устойчивости патрубков
Р„не должно превышать Р„
E3>„P(5 и Н
После преобразований рациональная длина патрубка будет определена („=Т
>м.
Таким образом, если длина патрубков определяется по предложенной формуле, то удается получить предварительное напряжение колонкового набора с требуемым усилием беэ деформации всей конструкции, что необходимо для бурения скважины малого диаметра с минимальной интенсивностью искривления.
Колонковый набор работает следующим образом.
При бурении на колонковый набор оказывают действие осевая, центробежная силы и опрокидывающий момент забоя скважины.
Осевую нагрузку воспринимает наружная труба 2. Так как наружная труба 2 предварительно растянута усилием, равным осевому усилию, она не изгибается, что и обеспечивает снижение искривления скважины.
По известным методикам проведены расчеты, которые позволяют сделать вывод о степени интенсивности искривления при бурении предлагаемым и серийным колонковыми наборами диаметром 57 мм и толщиной стенки
3,75 мм (базовый объект). Усилие предварительного сжатия 2000 кГ. Данные расчета снижения искривления при бурении базовым объектом, известным и предлагаемым колонковыми наборами приведены в таблице.
Жесткость известного набора равна жесткости базового объекта при равенстве их диаметpos, поэтому можно считать, что расчетная интенсивность. искривления, по сравнению с известным и базовым объектами, снизится не менее чем в 2 раза при бурении предлагаемым колонковым набором.
1148966 сив ность ивления пр ии базовы ктом и нзым, рад/100 м
1000
2,7
125
5,5
1000
8,2
9,2
1200
3,43
6,86
1200
150
20,54
1200
Осевое усил кГ
Опрокидываюший момент забоя, кГ см
432
4,02
10,42
16,82
23,22
26,}8
4,84
12,54
Интенсивность искривления при бурении предлагаемым колонковым набором, град/100 м
1148966
1148966
Составитель В. Акслер .
Техред Т. Дубинчак Корректор О. Билак
Редактор P. Цицика
Заказ 1840/20 Тираж 540 . Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР ло делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
