Файл: Мамедов, А. А. Нарушения обсадных колонн при освоении и эксплуатации скважин и способы их предотвращения.pdf

Критическую силу определяют из условия равенства нулю изменения потенциальной энергии системы при малом отклоне­ нии стержня от прямолинейного положения равновесия, т. е.

3* 67

Подставляя значения U и А в уравнение (106), для Р полу­ чаем

68

Как видно из рис. 18, а(х) меняется в интервале (0, р). Для расчета возьмем устойчивое состояние колонн с минимальной жесткостью, т. е. максимальное значение а(х):

AB(x) = ~KiR1~ r,)

8 2

Учитывая, что £ = л(Р 4—г4)/4, для а получим

равной 20. Тогда при длине 10 м будем иметь 200 отверстий. Расстояние К (в см) между отверстиями определится из соот­ ношения:

69

Таким образом, как видно из полученного результата, пер­ форированные отверстия, сделанные на обсадной колонне в зоне фильтра, почти не влияют на величину критической силы. Так, например, при наличии 400 отверстий критическая нагрузка уменьшится всего лишь на 2%. Следовательно, участок колонны, заключенный между сечениями В-В и С-С, можно рассмотреть как стержень без отверстий, работающий на продольный изгиб.

Анализ причин нарушений обсадных колонн в зоне фильтра на основании полученных зависимостей по данным промысловых наблюдений

При исследовании работы фильтра пробкообразующих сква­ жин установили, что обсадная колонна выше фильтра испыты­ вает растяжение, а фильтровая часть колонны-—сжатие.

Так как в процессе воздействия одной и той же осевой на­ грузки напряжение в теле трубы под резьбой в случае сжатия меньше, чем при растяжении, можно сделать вывод, что при коротких фильтрах опасным будет муфтовое соединение, находя­ щееся выше сечения В-В (см. рис. 15). В длинных фильтрах ввиду того, что имеются условия для продольного изгиба фильт­ ровой части колонны и устойчивость колонны с длинными фильтрами на осевые нагрузки по сравнению с короткими филь­ трами невелика, опасной зоной будет середина участка, заклю­ ченного между сечениями В-В и С-С (см. рис. 15).

Таким образом, нарушения обсадной колонны пробкообра­ зующих скважин при коротких фильтрах в основном будут выше фильтра, а при длинных фильтрах — в самой фильтровой части колонны.

Это положение подтверждается промысловыми данными, указанными в работе [57]. В этой работе на основе анализа ра­ боты [53] пробкообразующих скважин с горизонтом КС место­ рождения Бузовны-Маштаги Азербайджанской ССР установ­ лено, что если при длине фильтра 10 м деформация колонны выше фильтра составляет 59% (от общего числа скважин с длиной фильтра 10 м), то при длине фильтра 50 м она состав­ ляет лишь 22,2%.

В случае отсутствия в фильтровой части колонны муфтовых соединений можно приблизительно определить переходную дли­ ну фильтра, от которой при большем ее значении нарушение будет в самой фильтровой части колонны, а при меньшем зна­ чении — выше фильтра.

Для этого нужно приравнять величину страгивающей на­ грузки по формуле Ф. И. Яковлева к величине критической силы. Тогда будем иметь

70

откуда

Таким образом, для обсадных колонн диаметром 168 мм с толщиной стенки 10 мм, группы прочности Д, при длине фильтра больше 10 м, де­ формация в основном будет в самом фильтре, а при длине меньше Юм — выше фильтра.

Ввиду того, что в скважинах месторождения Бузовны-Маш- таги обсадных колонн с длиной фильтра выше 10 м больше, чем с длиной фильтра меньше 10 м, то в большинстве случаев нарушения происходят в самом фильтре (табл. 6).

Промысловые данные показывают, что характер деформаций зависит от местонахождения нарушений. Нарушения в самом фильтре наблюдаются в виде смятия (результат продольного изгиба) и слома, а выше фильтра— в виде отвода (результат разрушения муфтовых соединений) и слома колонн.

Деформация обсадных колонн в зоне фильтра во многом зависит от устойчивости пород призабойной зоны. Основными

71