Расчет давлений действующих на обсадную колонну

Расчет наружных давлений.

В не зацементированном интервале 0 – 300 м:

Р_н300 = r _пж × g × h = 1.01·10⁴ × 9.81 × 300 =3МПа

В зацементированном интервале 300 – 2180 метров, после цементирования (сразу после получения «стоп»):

Р_Нцем = r _пж × g × h + r _цр.ср × g × ( z – h )

r _цр.ср = 1.78 × 10⁴

                                                      Р_Нцем = 35.8 Мпа

После ОЗЦ. После затвердения цемента колонна испытывает наружное давление, обусловленное действием поровой жидкости цементного камня:

Р_н2180 = r _пж × g × h + r _г.с × g × ( z – h )

где r _г.с – плотность минерализованной воды используемой при затворении цемента

Р_н2180 = 23,3 Мпа

Согласно полученным данным строятся графики наружных давлений (рисунок 11)

Расчет внутренних давлений.

Определяется давление на устье скважины:

Р_у = 4,4 Мпа

Поскольку устьевое давление меньше нормативного (Р_у < [Р_оп] = 9,5 МПа), то в расчет закладывается наибольшее значение:

Р_оп = 1,1Р_у = 10,45 Мпа

Р_оп²¹⁸⁰ =32,85 Мпа

В конце времени эксплуатации скважины устьевое давление равно нулю, так как пласт истощен:

Р_Укэ = 0

Уровень жидкости в скважине определяется по уравнению:

z = L – Р_пл^кэ/( r _н × g ) = 1753 м

Согласно полученным данным строятся графики внутренних давлений (рис 12)

Затем строятся графики избыточных давлений (рис 13)

 

                                  

 

 

Внутренние избыточные давления равны разности давления при опрессовке и наружных давлений после цементирования:

Р_ви = Р_в - Р_н

Наружные избыточные давления равны разности наружных давлений после ОЗЦ (давления поровой жидкости цементного камня) и внутреннего давления в конце эксплуатации:

Р_ни = (Р_н - Р_в)(1 – К)

Расчет обсадной колонны

Подбор компоновки обсадной колонны ведется по эпюрам наружных избыточных давлений с учетом внутренних давлений и страгивающих нагрузок

Трубы 1-ой секции должны выдерживать давление:

Проектом предусматривается использование труб группы прочности «К» с толщиной стенки 8,1 Р_кр1 = 21,2 МПа. Трубы проверяются на действие внутренних избыточных давлений Р_ви¹⁷⁵³ = 3 МПа; Р_τ1 = 39,1 МПа.

Для 2-ой секции выбираются трубы прочности «Д» с толщиной стенки 8,1 Р_кр2 = 18,1 МПа. Данную секцию можно спускать до глубины 1600 м (см рис. 12).

Длина 1-ой секции l ₁ = 2180 – 1600 = 580 м.

Вес 1-ой секции Q ₁ = q ₁ · l ₁ = 0.337·580 = 195.46 кН.

Определяется Р^’_кр2 для труб второй секции с учетом растягивающих нагрузок от веса 1-ой секции:

Для 3-ей секции выбираются трубы прочности «Д» с толщиной стенки 9,2 Р_кр2 = 23,2 МПа. Данную секцию спускаем до глубины 700 м (см рис. 12).

Длина 2-ой секции l ₂ = 1600 – 700 = 900 м.

Вес 2-ой секции Q ₂ = q ₂ · l ₂ = 0.291·900 = 261,9 кН.

Вес Q _1-2 = Q ₂ + Q ₁ =195,46 + 261,9 = 457,36 кН

Определяется Р^’_кр3 для труб второй секции с учетом растягивающих нагрузок от веса 1-ой и 2-ой секций:

Длина 3-й секции 2180 – 580 – 900 = 700 м

Страгивающая нагрузка для труб 3-й секции Р_стр = 1157 кН, допустимая нагрузка растяжения [P] = Р_стр/k_з = 1157/1,3 = 890 кН. 

м

Вес 3-й секции Q ₃ = q ₃ · l ₃= 0.382·700 = 267,4 кН.

Вес Q _1-3 = Q ₂ + Q ₁ + Q ₃ = 195,46 + 261,9 + 267,4 = 724,76 кН

Итоги расчета приведены в таблице 4.9.3

Таблица 4.9.3 – Конструкция обсадной колонны 178 мм

Номер секции	Интервал установки, м	Толщина стенки трубы, мм	Группа прочности	Длина секции, м	Вес секции, кН
1	2180 - 1600	8,1	К	580	195,46
2	1600 - 700	8,1	Д	900	261,9
3	0 - 700	9,2	Д	700	267,4
ИТОГО:	0 – 2180			2180	724,76

 

Расчёт хвостовика

Проектные данные:

Глубина спуска колонны (l), м........................................................................................................................ 2450

Высота подъема цемента (l_o), м........................................................................................................................ 370

Расстояние от устья скважины до башмака предыдущей колонны (L₀), м.................................. 2180

Пластовое давление на глубине l (Р_пл), МПа......................................................................................... 22,3

Пластовое давление в конце эксплуатации (Р_пл^кэ), МПа....................................................................... 3,5

Удельный вес, Н/м³:

Цементного раствора (r_ц)............................................................................................................... 1.83·10⁴

Бурового раствора (r _пж)................................................................................................................. 1.01·10⁴

Нефти (r _н).......................................................................................................................................... 0,836·10⁴

Опрессовочной жидкости (r _оп)...................................................................................................... 1,05·10⁴

Коэффициент запаса прочности:

на наружное давление (n₁)....................................................................................................................... 1.3

на внутреннее давление (n₂).................................................................................................................. 1.15

на растяжение (n₃)...................................................................................................................................... 1.3

Коэффициент разгрузки цементного кольца (К)......................................................................................... 0,25