где — величина сминающего давления для обсадных труб с тол щиной стенки 11 мм в кгс/см2.
п 405 = 1,3. «СМ- ш
Задача 178. Определить коэффициент запаса прочности на смятие для 146-мм обсадной колонны, спущенной на глубину 3000 м, если нижняя секция колонны составлена из труб с толщиной стенки 10 мм. Трубы изготовлены из стали группы прочности Д; удельный вес глинистого раствора за колонной 1,3 гс/см3, удельный вес жидкости в колонне — 0,85 гс/см3; уровень жидкости в колонне 1000 м (от забоя).
Решение. Определяем фактическое давление на низ обсадной колонны
л |
_ Н (Угл. Р — Ун) + |
ЯоУн |
Р ф акт |
.п |
> |
где Н — глубина рассматриваемой точки колонны в м; ун — удель ный вес жидкости в колонне в гс/см3; Но — глубина снижения уровня жидкости в колонне в период эксплуатации в м.
|
Рфакт — |
3000 (1,3 — 0,85) + 2000 • 0,85 |
305 кгс/см2. |
|
10 |
|
|
|
Определяем коэффициент запаса прочности на смятие
|
®см |
Рем |
430 |
1,41. |
|
Рфакт |
305 |
|
|
|
Задача 179. Определить коэффициент запаса прочности на рас тяжение для обсадных труб с резьбовыми соединениями при следую щих условиях: вес обсадной колонны 100 т; дополнительная нагрузка, возникающая при цементировании 10 тс; диаметр обсадной колонны 219 мм; на устье установлены трубы из стали группы прочности К с толщиной стенки 8 мм.
Определяем коэффициент запаса прочности
<?стр
а,
СТР (/факт
где <?стр — страгивающая нагрузка для резьбового соединения в тс, (?Факт — фактическая нагрузка на резьбовое соединение в тс.
|
*хтр ‘ |
160 |
= 1,45. |
|
100+10 |
|
|
Задача 180. Определить коэффициент запаса прочности колонны труб на внутреннее давление при следующих условиях: диаметр колонны 168 мм; максимальное давление в колонне 380 кгс/см2; скважина газовая; верхняя секция колонны составлена из труб с толщиной стенки 11 мм; материал труб — сталь группы проч ности Д.
Решение. Определяем коэффициент запаса прочности на внутрен нее давление для труб, расположенных на устье скважины;
.Рвн
Р ен. ф а к т
гДе Рвн — внутреннее давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести в кгс/см2; р вв факт — макси мальное внутреннее фактическое давление в колонне в кгс/см2.
Задача 181. Определить коэффициент запаса прочности на вну треннее давление труб с толщиной стенки 8 мм, расположенных на расстоянии 1000 м от устья, если диаметр колонны 146 мм; трубы изготовлены из стали группы прочности Д; удельный вес глинистого
раствора |
за колонной 1,3 тс/м3; внутреннее давление жидкости |
в колонне |
385 кгс/см2. |
Решение. Определяем коэффициент запаса прочности труб на вну треннее давление
п _ Р в н ____
Ну гл, р
Рвн. факт" 10
где рвн — внутреннее давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести; Н — расстояние от устья скважины до рассматриваемой точки колонны в м.
|
|
415 |
■1,63. |
|
385- |
1000 • 1,3 |
|
|
|
10 |
|
|
|
|
Задача 182. Определить коэффициент запаса прочности на вну треннее давление для ,труб диаметром 168 мм, изготовленных из стали группы прочности Д, с толщиной стенки 7 мм, расположен ных на глубине 900 м от устья скважины, если пластовое давление 400 кгс/сМ2; скважина нефтяная, фонтанирующая. Удельный вес глинистого раствора 1,2 гс/см3, нефти — 0,8 гс/см3.
Глубина залегания пласта 3000 м. Решение.
|
^пн -- |
|
Рви |
___ |
|
Рпл' |
Н у г л . р |
н 0у„ |
|
|
|
|
10 |
10 |
|
|
|
где Н — расстояние от устья скважины до рассматриваемой точки колонны в м; Но — расстояние от пласта до рассматриваемой точки колонны в м; ун — удельный вес жидкости в колонне в гс/см3; рпл — пластовое давление в кгс/см2.
„ |
|
315 |
ос/ . |
яви— |
|
сст;—ттг |
хг,тс ггс— = 2,54. |
|
400 |
900-1,2' |
2100-0,8 |
|
10 |
10 |
|
|
РАСЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ НА ПРОЧНОСТЬ
Эксплуатационную колонну рассчитывают на смятие, страгивание и внутреннее давление. Для расчета колонны необходимо знать ее диаметр и длину, удельный вес глинистого раствора и нефти, высоту подъема цементного раствора за колонной, высоту зоны перфорации колонны, глубину снижения уровня жидкости в колонне, предполагаемое пластовое давление. Обычно принимают, что обсад ная колонна частично заполнена нефтью, а затрубное пространство до устья заполнено промывочной жидкостью, которой промывали скважину в период заканчивания бурения. Глубину опорожнения устанавливает геологическая служба или она принимается равной 2/3 глубины скважины (но не менее 2000 м).
Для газовых скважин, а также скважин, эксплуатирующих горизонты с низкими пластовыми давлениями, принимается полное опорожнение.
Общепринятыми являются два метода расчета эксплуатационных колонн: сверху вниз и снизу вверх. По первому методу сначала рассчитывают колонну на смятие, начиная с минимальной толщины стенки, потом на растяжение и в последнюю очередь проверяют на внутреннее давление. На внутреннее давление проверяется верх няя секция колонны (устье скважины), а также секция с минималь ной толщиной стенки.
Задача 183. Рассчитать 146-мм колонну на прочность для сква жины глубиной 3800 м; удельный вес раствора 1,33 гс/см3, нефти — 0,8 гс/см3; зона эксплуатационного объекта 150 м; пластовое давле ние 460 кгс/см2.
Решение.
Определяем возможное опорожнение колонны
# 0= 4 - Н =■ 43800 = 2533 м.
ОО
Расчет на смятие. |
|
|
|
|
|
|
Определяем значения сминающих давлений для 146-мм обсадных |
труб со стенками толщиной 6, 7, 8, 9, |
10, 11, 12 мм, изготовленных |
из стали группы |
прочности Д. |
Полученные |
данные |
записываем |
в табл. 54. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л |
и ц а 5 4 |
б , м м |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
и |
1 2 |
Р е м , К ГС /С М 2 |
1 9 0 |
2 5 5 |
3 2 0 |
3 7 5 |
4 3 0 |
4 8 5 |
5 4 0 |
Определяем допустимую глубину спуска этих труб по формуле
77=*—1°'Рсм----- для зоны опорожнения
ЯсмУгл. р
Юрсм — 7УрУнасм
асм (Угл. р— Ун)
где. рсн — сминающее давление для труб данного диаметра, данных толщины стенки и группы прочности в кгс/см2; асм — коэффициент запаса прочности на смятие; угл р — удельный вес глинистого рас твора за колонной в гс/см3; ун — удельный вес жидкости в колонне в гс/см3; Но — глубина опорожнения в м.
Тогда
|
ттД |
10-190 |
|
1242 м; |
|
|
6 |
1,15-1,33 |
|
|
Н? |
10-255 |
1667 м; |
Я ? = |
10 • 320 |
2092 м; |
1,15-1,33 |
1,15-1,33 |
Я Д9 |
10 • 375 |
2452 м; |
Я?0 |
10 • 430 |
2811 м. |
|
1,15-1,33 |
|
|
1,15-1,33 |
|
В связи с тем, что с глубины 2533 м начинается зона нефти в ко лонне, допустимую глубину труб с толщиной стенки 10 мм пересчи тываем по формуле
Я?0 = |
10-430 —2533-0,8-1,15 |
= 3210 м; |
|
1,15(1,33 —0,8) |
|
Л?х = |
10-485—2533-0,8-1,15 |
„ |
— 1,15 а;зз—(ш— |
= 110 ' |
Но с глубины 3650 м начинается зона эксплуатационного объекта, где асм = 1,3, поэтому
|
д |
|
10-485 —2533-0,8-1,3 |
= 3210 м. |
|
|
|
Я 11 |
1,3(1,33-0,8) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 55 |
Номер |
Толщина стенки труб, |
Глубина спуска |
Длина |
|
Вес Гм |
Вес |
|
тру б, |
м |
|
секции |
изготовленных из стали |
|
|
|
секции, |
трубы, |
секции, |
|
группы прочности Д , мм |
от |
|
ДО |
м |
|
кг |
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
6 |
• |
|
|
0 |
1242 |
1242 |
’ |
21,6 |
26,80 |
2 |
7 |
|
1242 |
1667 |
425 |
|
24,9 |
10,60 |
3 |
8 |
|
|
1667 |
2092 |
425 |
|
28,0 |
11,90 |
4 |
9 |
|
|
2092 |
2452 |
360 |
|
31,3 |
11,26 |
5 |
10 |
|
|
2452' |
3210 |
758 |
|
34,4 |
26,13 |
6 |
11 |
|
|
3210 |
3650 |
440 |
|
37,5 |
16,50 |
7 |
12 |
|
|
3650 |
3800 |
150 |
|
40,6 |
6,09 |
П р и м е ч а н и е . Вес колонны 109,18 |
т. |
|
|
|
|
|
Значит трубы, |
изготовленные из стали группы прочности Д, |
с толщиной стенки 11 мм можно спустить на глубину 3650 м. |
Я?, |
1 0 -5 4 0 — 2 5 |
33-0,8-1,3 |
=4030 м. |
12 |
1,3(1,33 |
— 0,8) |
|
Принимается ЯД = 3800 м. |
в табл. |
55. |
Результаты расчетов сводим |
Расчет на растяжение
Определяем дополнительную нагрузку на резьбовые соединения колонны в момент посадки пробки на упорное кольцо «стоп».
/~\ |
t |
I |
\ |
Удоп = |
(Ргидр “Г Рстоп) ^ » |
где ргидР. — давление, затрачиваемое на преодоление гидравличе ских потерь,
Ргидр = 0,02Я +16;
Рстоп = 15 -г- 20 кгс/см2 — давление, возникающее при посадке пробки на кольцо «стоп»; dm — внутренний диаметр труб в месте установки упорного кольца «стоп» в см.
QAOn= (0,02.3800 + 1 6 +15) 0,785 • 12,22 = 12 400 кгс = 12,4 тс.
Растягивающее усилие, действующее на резьбовое соединение колонны, у устья скважины будет
<?факт = 109,18 + 12,4 = 121,58 тс.
Определяем усилия страгивания для труб со стенками толщиной 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 мм. Полученные данные сводим в табл. 56.
Т а б л и ц а 56
5, мм |
.6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
и |
12 |
С?стр1 ТС |
56 |
71 |
85 |
100 |
115 |
130 |
145 |
Определяем коэффициент запаса прочности на растяжение у устья для труб с толщиной стенки 6 мм
|
<9« |
|
< 1,3 . |
®стр — |
^стр _ |
56 |
|
(?фа |
1 2 1 ,6 |
|
Определяем коэффициент запаса прочности на растяжение внизу первой секции труб с толщиной стенки 6 мм
|
астрв |
0 е |
|
у стр |
|
(?факт (?1 * |
|
|
