Влияние давления и циркуляции жидкости на напряженное состояние колонны.

На колонну труб, погруженную в жидкость, действует архимедова сила, уменьшающая ее вес на величину, равную весу вытесненного объема жидкости. Величину облегчения колонны можно учесть через коэффициент облегчения , который равен

(1)

В любом сечении z, равном расстоянию от устья до этого сечения, одноразмерной (диаметр и толщина стенок труб одинаковы) колонны, подвешенной за верхний конец в вертикальной скважине, растягивающая сила F_z от действия собственного веса с учетом ее облегчения в жидкости будет равна

(2)

где m - приведенная масса 1 м труб с учетом высадок, муфт и замков (которая приводится в справочниках по трубам); g - ускорение сил тяжести; q = m g – приведенный вес 1 м труб; L – полная длина колонны; Из (2) видно, что растягивающее усилие линейно уменьшается с увеличением z (рис.6.17, ІІ), причем в интервале расположения УБТ более интенсивно

допускаемую (предельную) глубину спуска данных труб L_доп = / (3)

Выражение (3) показывает, что допускаемая глубина спуска одноразмерной колонны (при данных и ) определяется лишь прочностной характеристикой (пределом текучести) материала труб и не зависит от их площади сечения..

При циркуляции жидкости появляются дополнительные силы и напряжения, действующие на бурильную колонну. Нисходящий поток жидкости внутри трубы увеличивает растягивающую нагрузку на колонну из-за потерь и перепадов давления в трубах, УБТ, забойном двигателе и долоте, а восходящий поток за трубами снижает ее. Однако при существующем соотношениях размеров указанных элементов колонны снижением нагрузки кратно меньше по сравнению с увеличением ее. Следовательно, циркуляция жидкости создает дополнительную нагрузку и напряжение на трубы. Осевая растягивающая сила Fр и напряжения растяжения σ _{р вн} вызванные перепадом давления по длине колонны ∆ р, определяются по формуле: Fр = ∆ р*S₀; σ _{р вн}=∆ р*S₀/S₁, где S₀ – площадь сечения проточного канала труб. Осевую силу Fр называют также гидравлической нагрузкой на трубы.