Файл: Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие.pdf

РАСЧЕТ ОБСАДНЫХ КОЛОНН СО СВАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ НА ПРОЧНОСТЬ

Расчет на прочность сварной обсадной колонны принципиальна не отличается от расчета колонны с резьбовыми соединениями. Сна­ чала рассчитываем колонну на смятие и внутреннее давление без учета местного уменьшения толщины стенок обсадной трубы в свар­ ном соединении или в проточке под хомут. После этого производим проверочный расчет прочности сварного шва на растяжение и проч­ ности обсадных труб в зонах проточек для каждой толщины стенки. Если обсадные колонны сварены методом контактной сварки опла­ влением, т. е. имеется утолщение стенок в месте стыка торцов сва­ риваемых труб, то они рассчитываются на прочность тела трубы, а если сварены методом электродуговой сварки, то на прочность тела трубы в месте выточки.

Фактическая растягивающая нагрузка1равна весу колонны после расчета на смятие и внутреннее давление плюс дополнительная на­ грузка, возникающая при цементировании.

Длина отдельных секций труб с различными толщинами стенок

ная нагрузка, возникающая при цементировании, в тс; араст — ко­ эффициент запаса прочности; q — вес 1 м трубы данной толщины стенки в т. Максимальная растягивающая нагрузка на тело трубы в зоне проточки определяется по формуле

(? тах = ЕСГТ,

где F — площадь поперечного сечения тела трубы в зоне проточки в см2; сгт — предел текучести материала трубы в кгс/см2.

F = n~ t ~ б-

Здесь б — толщина стенки трубы в см; D — наружный диаметр трубы в см; d — внутренний диаметр трубы в см.

Прочность сварного шва проверяют по формуле

Qmax

раСТ_ Сфакт *

где (?факт — фактическая растягивающая нагрузка в тс.

Задача 203. Рассчитать на прочность 146-мм стыкосварную ко­ лонну, если глубина спуска 2500 м; удельный вес глинистого рас­ твора 1,3гс/см3; длина зоны эксплуатационного объекта 300 м; колонна сварена методом контактной сварки оплавлением. Скважина

338

разведочная, высота подъема цементного раствора до устья. Ожида­ емое внутреннее давление в процессе эксплуатации 300 кгс/см2.

Решение. Определяем сминающее давление для труб, располо­ женных у забоя скважины (колонну рассчитываем на полное опо­ рожнение), по формуле

Нуг л . р

где Я — глубина спуска колонны в м; угл — удельный вес глини­ стого раствора за колонной в тс/м3; аси — коэффициент запаса проч­ ности на смятие.

Рсм— 25-0^ 1’3- 1,3 = 423 кгс/см2.

По данным табл. 43 приложения находим, что для этого давления подходят трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки

Рсм= — °-q1,3 1,15 = 330 кгс/см2.

Этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 6 = 9 мм (р%м = 375 кгс/см2).

Третью секцию принимаем из труб стали группы прочности Д

Тогда длина второй секции будет 2200 — 2140 = 60 м. Вес второй секции 31,3-60 = 1878 кг = 1,88 т.

Четвертую секцию принимаем из труб стали группы прочности Д с толщиной стенки 7 мм (р*ы = 255 кгс/см2). Предельная глубина спуска их составит

Длина третьей секции равна 2140 — 1700 = 440 м. Вес третьей секции 28-440 = 12 300 кг = 12,3 т.

Проверим, могут ли быть установлены трубы с толщиной стенки 7 мм на устье скважины при действии внутреннего давления

“ вы — Р„в н . факт »

где р1н — внутреннее давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести, для труб стали группы

равна 1700 — 300 = 1400 м. Вес четвертой секции труб составляет

24,9-1400 = 34 800 кг = 34,8 т.

Пятую секцию принимаем из труб стали группы прочности Д с толщиной стенки 8 мм.

Определим дополнительную нагрузку, возникающую при цементировании,

(обозначения см. в задаче 187).

Сдоп = 1(0,01 - 2500 + 8) -h 20] 0,785 • 12,62 = 6600 кгс = 6,6 тс.

340

Обсадные колонны, сваренные методом контактной сварки опла­ влением, рассчитываются по прочности тела трубы

в теле трубы достигают предела текучести, в тс; <?тах — фактическая растягивающая нагрузка в тс.

а — 130 — 1 75

« р а с т - 67j7 + 6i6 - Г ,'О ,

что вполне удовлетворяет техническим требованиям. Для минимальной толщины стенки (7 мм).

S aCT- ( 6 7 , 7 + 6 ,6 ) - 8 , 4 ~

что также достаточно.

Задача 204. Определить максимальную глубину спуска свар­ ной 146-мм обсадной колонны, составленной из труб стали группы прочности К с толщиной стенки 11 мм, сварка электродуговая встык. Давление в момент посадки пробки 50 кгс/см2.

Решение. Максимальная глубина спуска колонны определяется по формуле

ЯМах = Чараст I26 (D + d) 0Т- ^ 2] =

Задача 205. Определить коэффициент запаса прочности на растя­ жение при следующих условиях: сварная обсадная 146-мм колонна спущена на глубину 3400 м; материал труб — сталь группы проч­ ности Д; толщина стенки труб 10 мм; сварка электродуговая встык.

Решение. Определяем прочность сварного шва по формуле

что достаточно.

341