Расчёт обсадной колонны

2. Расчёт обсадной колонны

 

Основными расчётами обсадных колонн, являются расчёты на наружное и внутреннее избыточное давление и расчёт на растяжение.

Расчёт на внутреннее давление действующее на колонну.

Определим давление на устье при условии, что скважина заполнена пластовой жидкостью:

.

Определим давление опрессовки на забое:

.

Где - опрессовочное давление на устье скважины.

Определим давление в конце эксплуатации:

.

Построим график внутренних давлений.

Рисунок 3. График внутренних давлений.

 

Расчёт на наружное давление действующее на обсадную колонну.

В не зацементированном интервале заполненным промывочной жидкостью, наружное давление определяется, как гидростатическое от столба промывочной жидкости.

 

.

В зацементированном интервале до затвердевания цемента, давление определяется по давлению столба промывочной жидкости и цементного раствора.

.

В случае когда обсадная колонна зацементирована разной плотности, то допускается использовать среднюю плотность раствора с учётом длины каждого интервала.

 .

Отсюда получим наружное давление до затвердевания цемента:

.

Определим наружное давление после затвердения цемента:

,

где - гидростатическое давление столба промывочной жидкости; - гидростатическое давление жидкости содержащейся в порах затвердевшего цемента.

Построим график наружных давлений.

Рисунок 4. График наружных давлений.

Определим внутренние избыточные давления действующие на обсадную колонну

В общем случае внутренние давления определяются как разность внутренних и наружных давлений на один и тот же момент времени, когда внутреннее давление в колонне достигает максимальных значений. Как правило это бывает при опрессовке обсадной колонны. Избыточное давление определяется для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.

По графику 3 и 4 определим характерные точки:

 

При определении внутреннего избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца – К. Это обусловлено допущениями которые приняты при составлении методики расчёта. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.

Определим наружные избыточные давления

Наружные избыточные давления определяются как разность наружных и внутренних давлений на момент когда они достигают максимальных значений. Как правило это относится к моменту эксплуатации скважины. Избыточное давление определяются для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.

При определении наружного избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца – К. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.

 

Построим график внутренних и наружных избыточных давлений.

 

Рисунок 5. График наружных и внутренних избыточных давлений.

 

Рассчитаем обсадную колонну

Расчёт начинаем снизу вверх подбирая колонну исходя из расчёта на наружное давление и проверяем полученные данные расчётами на внутреннее давление и растяжение.

Выбираем трубы из [2], для 1 секции d=146мм, =7,7мм, []=24,3 МПа, []=35МПа, []=1254кН, q=0,265кН, группы прочности Д, где

d- диаметр обсадной колонны;

- толщина стенки обсадной трубы;

[] – допустимое сминающее давление;

[] – допустимое внутреннее давление при котором возникает предел текучести материала трубы;

[] – допустимая страгивающая нагрузка определённая по формуле Яковлева

q – вес одного погонного метра трубы.

 

Рассчитаем на смятие нижнюю трубу первой секции

Основой расчёта является следующее уравнение:

,

где  - коэффициенты запаса прочности на смятие, соответственно рассчитанной и допускаемой;

- расчётное сминающее давление в сечении z по длине обсадной колонны.

Из [3] получим, что в интервалах продуктивных пластов , в зависимости от устойчивости коллектора, примем . В остальных интервалах .

.

Определим длину первой секции: .

Определим вес первой секции: .

Рассчитаем на разрыв от внутреннего давления верхнюю трубу первой секции

Определим по графику 4 внутреннее избыточное давление на глубине.

Основой расчёта является следующее уравнение:

где - коэффициенты запаса прочности, соответственно рассчитанный и допускаемый, [3],

внутреннее избыточное давление в сечении колонны z.

В интервале где на колонну действуют совместные (сжимающие и растягивающие) нагрузки должно выполнятся следующее условие:

Проверим нижнюю трубу второй секции на действие совместных нагрузок

 условие выполняется.

Выбираем трубы для второй секции: d=146мм, =7,7мм, []=24,3МПа, []=35МПа, []=1254кН, q=0,256кН, группы прочности Д.

 

Проверим нижнюю трубу второй секции на растяжение от веса первой секции

В основе расчёта используется уравнение:

, где [n_p] и n_p допустимый и расчётный коэффициенты запаса прочности на растяжение, из [3] [n_p]=1,3.

, условие выполняется.

 

Рассчитаем на смятие нижнюю трубу второй секции.

Для определения длины второй секции подбираем трубы для третьей секции: d=146мм, =7,0мм, []=20.3МПа, []=31,8МПа, []=1136кН, q=0,243кН, группы прочности Д.

Рассчитаем на смятие нижнюю трубу третьей секции

Глубину спуска третьей секции определим из графика 4.

Определим длину второй секции:

Определим вес второй секции:

 

Расчёт на разрыв от внутреннего давления верхней трубы второй секции

Определим по графику 5 внутреннее избыточное давление на глубине L=2018м.

 

Проверим нижнюю трубу третьей секции на действие совместных нагрузок

 

Проверим нижнюю трубу третьей секции на растяжение от веса первой и второй секции

 

 условие выполняется.

Определим допустимую длину третьей секции:

Следовательно, третья секция может быть применена до устья.

 

Проверим верхнюю трубу третьей секции на разрыв от внутреннего давления

Определим по графику 5 внутреннее избыточное давление на глубине L=0 м.

 

Проверим верхнюю трубу третьей секции на растяжение от веса первой и второй секции:

Определим вес третьей секции:

 условие выполняется.

Таблица 2.1.

№ секции	Длина, Li, м	Группа проч-ности	Толщина стенки, мм	Вес погонного метра, кН	Вес секции, кН	Фактические
						nсм	nв	np
1	160	Д	7,7	0,265	42,4	1,16	4,6	29,5
2	640	Д	7,7	0,265	170	1,2	3,7	5,3
3	1900	Д	7,0	0,243	461,7	1,19	2,5	1,69

3.Обоснование состава технологической оснастки компоновки ОК

Таблица 3.1.

Номер в по- рядке спуска	Наименование, шифр,типоразмер	Наружный диаметр,мм	Внутренний диаметр, мм	Длина (высота), мм	Масса, кг	Количество, шт
Направление
1	Башмак Б-324	351	308	350	60	1
Кондуктор
1	Башмак БК-245	270	120	413	57	1
2	Центратор ЦЦ-245/295-320-1	370	247	680	16,8	5
3	Обратный клапан ЦКОД-245-2	270	-	365	57	1
Эксплуатационная колонна
1	Башмак БК-146	166	70	334	22	1
2	Обратный клапан ЦКОД-146-1	166	-	350	19,8	1
3	Центратор ЦЦ-146/191-216-2	270	148	620	10,3	23
4	Заколонный пакер ПГП-146 (ПГПМ)	175	124	4500	185	1
5	Продавочная пробка ПВЦ-140-168	158	-	205	5	1