Файл: Выпускная квалификационная работа на тему " Технология бурения эксплуатационной скважины глубиной 4800 метров в условиях поглощения бурового раствора на месторождении Южный Небитдаг (Республика Туркменистан) " Выпускную квалификационную.docx

3.10. Расчёты обсадных колонн

В соответствии с данными совмещенного графика давлений (рис. 3.1) определена и выбрана следующая конструкция скважины (табл.3.7.):

Таблица 3.7. конструкция скважины

№№ П/П	Наименование колонны	Диаметр колонны, мм	Глубина, интервал спуска колонны, м	Высота подъема цементного раствора, м
1	Удл. направление	530	30	30
2	Кондуктор	426	400	400
3	I промежуточная колонна	324	1500	1500
4	II промежуточная колонна	244,5	3500	3500
5	Эксплуатационная колонна	140	4800	4800

Для удлиненного направления проектируется трубы стальные электросварные прямошовные безмуфтовые под сварку ø 530х10Ст. 3 пс. исполнения «Б» по ГОСТ 10706-76.

Вес удлиненного направления:

Q_К = g· L_К = 128 · 30 =3,8 т.

Расчет обсадных колонн производится по максимальным значениям избыточных наружных и внутренних давлений в соответствии с «Инструкцией по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин» - РД 39-7/1-0001-89 и «Регламентом расчета промежуточных колонн на условиях открытого фонтанирования при бурении скважин на площадях госконцерна «Туркменнефть».

Кондуктор ø 426 мм

Глубина спуска кондуктора	L =400 м
Глубина бурения под I промежуточную колонну	LI = 1500 м
Пластовое давление на глубине 400 м	РПЛ =42 кгс/см2
Пластовое давление на глубине 1500 м	РПЛ I = 183кгс/см2
Плотность бурового раствора на глубине 1500 м	YР = 1,34 г/см3
Плотность пластового флюида	YО = 1,03 г/см3
Коэффициенты запаса прочности для обсадных труб	n1 = 1,125; n2 = 1,1; n3 = 1,75

---

Наибольшее внутренне е давление в обсадной колонне возникнет на глубине 1600 м при проявлении скважины пластовым флюидом и герметизированном устье скважины, которое определяется формулой:

Р_В = Р_У = Р_{ПЛ I} – 0,1 · Yо · L_I = 183 – 0,1·1,03 ·1500 = 28 кгс/см²

Максимальное давление в скважине ожидается при опрессовке колонны на воде:

Р_ОПР = 1,1 · Р_У = 1,1·28= 31 кгс/см²,

В соответствии с табл. 2.1.РД 39-7/1-0001-89 принимается Р_ОПР = 65 кгс/см²

Внутреннее избыточное давление в скважине при опрессовке колонны на воде определяется по формуле:

Р_ВИ = Р_ОПР + 0,1· Y_В·Z – Р_{ПЛ Z};

При Z = 0; Р_ПЛ = 0; Р_ВИ = Р_ОПР = 65 кгс/см².

При Z =400 м; Р_ПЛ =42 кгс/см²; Р_ВИ =65 + 0,1·1,03 ·400 – 42= 64 кгс/см².

Наружное избыточное давление определяется по формуле:

Р_НИ = Р_ПЛ – 0,1· Yо·Z;
При Z = 400 м, Р_{НИ =} 42– 0,1·1,03 ·400 = 1 кгс/см².

Для спуска в скважину намечаются обсадные трубы ø 426 мм толщиной стенки 12мм, группы прочности стали J-55 с резьбой Батресс по стандартам АНИ.

Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на наружное избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:

n₁ = Р_СМ:Р_НИ = 60 : 1 = 60 > 1,125.
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на внутреннее избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:

n₂ = Р_Т:Р_ОПР = 191 : 65 = 2,9 > 1,1.
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на растяжение для проектируемых к спуску обсадных труб:

n₃ = Р_СТ: Q_К = 286 : 50,5 = 5,7 > 1,75
Где вес обсадных труб в воздухе, подлежащих к спуску на скважину составляет:

Q_К = q_К · L = 126,3 ·400 = 50,5 т.

Графический расчет кондуктора на избыточные наружное и внутреннее давления приведен на рис.
I промежуточная колонна ø 323,9 мм

Глубина спуска I промежуточной колонны	L I = 1500 м
Глубина бурения под II промежуточную колонну	LII = 3500 м
Пластовое давление на глубине 1500 м	РПЛ I = 183 кгс/см2
Пластовое давление на глубине 3500 м	РПЛ II = 445 кгс/см2
Плотность бурового раствора на глубине 3500 м	YР = 1,36 г/см3
Относительная плотность пластового флюида (газа) при фонтанировании	Ŷ = 0,59
Коэффициенты запаса прочности для обсадных труб	n1 = 1,0; n2 = 1,15; n3 = 1,6

---

Согласно « Регламента по расчету промежуточных колонн, утвержденного гос.концерном Туркменнефть» возможно замещение раствора нефтегазовой смесью , при закрытом устье до глубины Н = 0,65 х 3500 = 2275м. Высота столба газа при ликвидации нефтегазопроявления h = 3500 – 2275 = 1225 м. Наибольшее внутреннее давление в обсадной колонне возникнет при проявлении скважины с глубины 3500 м и герметизированном устье, которое определяется формулами:
Р_В = Р_У = [Р_ПЛ – 0,1· Y_о (L –h)] / е^S, где е^S = (2+S):(2 –S), S = 10^-4· Ŷ(L -Z);

Отсюда S = 10^-4·0,59· 1225= 0,0722.

Тогда е^S = (2+0,0722) : (2-0,0722) = 2,0796 : 1,928= 1,079;
Р_ВН = Р_У = [445- 0,1·1,03 (3500 – 1225)] / 1,079 = 195 кгс/см².
Максимальное внутреннее давление ожидается при опрессовке колонны на воде:

Р_ОПР = 1,1·Р_У = 1,1· 195= 215 кгс/см² .

Принимаем Р_ОПР = 215кгс/см²

Внутреннее избыточное давление при опрессовке колонны на воде определяется по формуле:

Р_ВИ = Р_ОПР + 0,1· Y_О·Z – Р_ПЛ;
При Z = 0; Р_ПЛ = 0; Р_ВН = 215кгс/см².
При Z = 1500 м; Р_{ПЛ I} = 183 кгс/см²; Р_ВН = 215+ 0,1·1,03 ·1500 – 183 = 187 кгс/см².

Наружное избыточное давление определяется по формуле:
Р_НИ = Р_ПЛ – 0,1· Y_о·Z;
При Z = 1500м, Р_НИ = 183– 0,1·1,03 ·1500 = 28 кгс/см².

В соответствие с приведенными расчетами и графическими построениями , для спуска в скважину намечаются обсадные трубы ø323,9 мм. с толщиной стенки 12,4 мм, группой прочности стали Л , резьбой ОТТМ, с нормальной муфтой, исполнения А по ГОСТ 632-80.

Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на наружное избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:
n₁ = Р_СМ :Р_НИ = 156 : 28 = 5,6 >1,0.
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на внутреннее избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:
n₂ = Р_Т :Р_ОПР = 448 : 215 =2,1 > 1,15.
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на растяжение для проектируемых к спуску обсадных труб:
n₃ = Р_СТ : Q_К = 475 : 146,3 = 3,2 >1,6 (для труб исполнения А)
Где вес обсадных труб в воздухе, подлежащих к спуску на скважину составляет:

Q_К = q_К · L _I = 97,54 ·1500 = 146,3 т.
II промежуточная колонна ø 244,5 мм

Глубина спуска колонны	L II = 3500 м
Глубина бурения под эксплуатационную колонну	L = 4800 м
Пластовое давление на глубине 3500 м	РПЛ II = 445 кгс/см2
Пластовое давление на глубине 4800 м	РПЛ = 761 кгс/см2
Плотность бурового раствора на глубине 4800 м	YР = 1,64 г/см3
Относительная плотность пластового флюида (газа) при фонтанировании	Ŷ = 0,59
Коэффициенты запаса прочности для обсадных труб	n1 = 1,125; n2 = 1,10; n3 = 1,75

---

Согласно « Регламента по расчету промежуточных колонн, утвержденного гос.концерном Туркменнефть» возможно замещение раствора нефтегазовой смесью , при закрытом устье до глубины Н = 0,60 х 4800 = 2910 м. Высота столба газа при ликвидации нефтегазопроявления h = 4800 – 2910 = 1940 м. Наибольшее внутреннее давление в обсадной колонне возникнет при проявлении скважины с глубины 4800 м и герметизированном устье, которое определяется формулами:

Р_В = Р_У = [Р_ПЛ – 0,1· Y_о (L –h)] / е^S, где е^S = (2+S):(2 –S), S = 10^-4· Ŷ(L -Z);

Отсюда S = 10^-4·0,59· 1940 = 0,1145

Тогда е^S = (2+0,1145):(2-0,1145) = 2,1145 : 1,885 = 1,122;
Р_ВН = Р_У = [761- 0,1·1,03 (4800 – 1940)] / 1,122 = 378 кгс/см².
Максимальное внутреннее давление ожидается при опрессовке колонны на воде:

Р_ОПР = 1,1·Р_У = 1,1· 378 = 416 кгс/см² .

Принимаем Р_ОПР = 420 кгс/см².
Внутреннее избыточное давление при опрессовке колонны на воде определяется по формуле:

Р_ВИ = Р_ОПР + 0,1· Y_О·Z – Р_ПЛ;

При Z = 0; Р_ПЛ = 0; Р_ВН = 420 кгс/см².

При Z = 3500 м; Р_{ПЛ II} = 445 кгс/см²; Р_ВН = 420+ 0,1·1,03·3500 – 445= 335 кгс/см².

Наружное избыточное давление определяется по формуле:

Р_НИ = Р_ПЛ – 0,1· Y_о·Z;

При Z = 3500м, Р_НИ = 445 – 0,1·1,03·3500 = 85 кгс/см².
В соответствие с приведенными расчетами и графическими построениями , для спуска в скважину намечаются обсадные трубы ø244,5мм , с толщиной стенки 11,05 мм , группой прочности стали Р-110 с резьбой Батресс по стандартам АНИ.

• 
  Для труб ø244,5 х 11,05 Р-110 : 0-3500м
  

Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на внутреннее избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:

n₂ = Р_Т:Р_ОПР = 612 : 420 =1,45 > 1,10
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на наружное избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:

n₁ = Р_СМ:Р_НИ = 311 : 85 = 6,3 > 1,125
Вес обсадных труб подлежащих к спуску в скважину составит:
Q_К = q_К х L_К =64,8 · 3500 = 226,8 тн
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на растяжение для проектируемых к спуску обсадных труб:

n₃ = Р_СТ:Q_К = 630 : 226,8 = 2,8 > 1,75.

Эксплуатационная колонна ø 140 мм

Глубина спуска эксплуатационной колонны	LЭ =4800 м
Диаметр спускаемых обсадных труб	DЭ = 140 мм.
Пластовое давление на глубине 4800 м	РПЛ = 761 кгс/см2
Плотность бурового раствора на глубине 4800 м	YР = 1,64 г/см3
Относительная плотность пластового флюида (газа) при фонтанировании	Ŷ = 0,59
Коэффициенты запаса прочности для обсадных труб	n1 = 1,125; n2 = 1,10; n3 = 1,75

---

Расчет эксплуатационной колонны.

Расчет избыточных наружных давлений производится для периода окончания эксплуатации, а избыточных внутренних давлений - для процесса испытания колонны на герметичность.

Определяем внутреннее давление:

а) максимальное внутреннее давление в период ввода скважины в эксплуатацию при закрытом устье определяется по формуле:
Рв_z = Рпл / е^S ;
e ^S = 2 + S / 2 – S ; S = 0,1 · Y · 10^-3 · ( L – Z );
при z = 0;

S = 0,1 · 0,59 · 10^-3 · 4800 = 0,286;
е^S = 2 + 0,286 / 2 – 0,286 = 1,334;
Рв_z = Ру = 761 / 1,334= 570 кгс/см²
при z = L = 4800 м
S = 0 ; e ⁰ = 1,0 ; Рв_L = 761 кгс/см²

б) минимальное внутреннее давление

При окончании эксплуатации при Рпл <40 кг/см² внутреннее давление принимают постоянным по всей длине колонны

Рвz = Рву = Рв_L = Рmin = 40 кгс/см²
Избыточное внутреннее давление
Максимальное избыточное давление на устье ожидается при опрессовке на воде при испытании скважины на герметичность.

Рвz = Ропр = 1,1 · Ру + 0,1 · Y o · z ;
при Z= 0, т.е. на устье скважины
Ропр = 1,1 · Ру = 1,1 · 570= 627 кгс/см²
Принимаем Р_ОПР = 630 кгс/см².
Избыточное внутреннее давление на глубине Z = L с учетом пластового давления:
Рв.и.z = Ропр + 0,1 · Yo – Рпл

Рв.и.z = 630 + 0,1 · 1,03 · 4800 – 761 = 368 кгс/см²
Наружное избыточное давление

Избыточное наружное давление в общем случае определяется как разность между наружным Рн z и внутренним Рвz давлениями, рассчитанными для одного и того же момента времени. В данном случае на момент окончания эксплуатации

Рн.и.z = Рнz - Рв.z ;
где Рв_z-минимальное внутреннее давление на период окончания эксплуатации
при z = 0; Рн.и.z = 0

При Z = 4800 м, Р_НИ = 761 – 40 = 721 кг/см².
Для спуска в скважину намечаются муфтовые обсадные трубы ø 139,7 х 10,54 с группой прочности стали Р-110, с резьбой Батресс по стандартам АНИ :

Вес обсадных труб подлежащих к спуску в скважину составит:
Qэ = 33,7 · 4800 = 163,4тонн.
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на внутреннее избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:

• 
  Для труб ø139,7 х 10,54 Р-110 :
  

n₂ = Р_Т : Р_ОПР = 1021 : 630= 1,6 > 1,1
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на наружное избыточное давление для проектируемых к спуску обсадных труб:

• 
  Для труб ø139,7х10,54 Р-110:
  

n₁ = Р_СМ : Р_НИ = 1021 : 761= 1,3 > 1,125
Определяем значение коэффициента запаса прочности при расчете на растяжение для проектируемых к спуску обсадных труб:

---