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

температуре газа у устья соседних эксплуатационных скважин по данной

Определим величину P t (в кгс), по формуле (138)

Определим прогиб колонны f. В этой скважине промежуточная колонна со­ ставлена из труб диаметром 299 мм. При толщине стенки 10 мм внутренний диаметр колонны составит 279 мм. Тогда

он был достаточен для нарушения плотности резьбовых соединений в скв. 97.

Как видно из расчета, наличие искривленных участков в ко­ лонне действительно способствует нарушению плотности резь­ бовых соединений с последующим образованием грифона во­ круг устья в газовых скважинах и в некоторых случаях приво­ дит к выходу ее из строя.

Причину слома колонны, происшедшего в двух скважинах, видимо, следует объяснить воздействием на колонну дополни­ тельных осевых растягивающих нагрузок, а также возможным попаданием в скважину дефектных труб, повреждением трубы во время капитальных ремонтов и других работ в колонне с инструментами, влиянием коррозии и т. п.

РАСЧЕТ НАТЯЖЕНИЯ И ДОПУСКАЕМОГО ВНУТРЕННЕГО ДАВЛЕНИЯ В ОБСАДНЫХ КОЛОННАХ

Изменение условий работы эксплуатационной колонны, свя­ занное с влиянием температуры и давления, приводит к изме­ нению напряженного состояния колонны. Устранение влияния нагрева и давления можно достичь натяжением колонны. На­ тяжение должно исключить возможность искривления колонны в результате потери устойчивости от осевых сил, возникающих под влиянием температуры и давления. Величина сил натяже­ ния должна учитываться при расчете обсадной колонны на прочность.

106

Другим вопросом, связанным с работой эксплуатационных колонн, является определение допускаемого внутреннего давле­ ния. Для проведения ряда ремонтных (изоляционных) работ, гидроразрыва и других требуется создание значительного избы­ точного давления в колонне. Так как внутреннее давление в ко­

С целью предупреждения нарушений эксплуатационных ко­ лонн, связанных с воздействием на колонну температуры и дав­ ления, а также для обеспечения нормальной работы разработа­ но руководство по расчету натяжения и допускаемого внутрен­ него давления в обсадных колоннах [68].

Расчет натяжения колонны

1. Обсадная колонна в процессе эксплуатации не подверга­ ется нагреву (или охлаждению) и воздействию внутреннего из­ быточного давления или условия работы ее (давление, темпера­ тура) неизвестны.

Величина силы натяжения колонны в этих случаях должна

где QH— сила натяжения; Q — вес незацементированной части колонны.

При натяжении колонны должно сохраняться условие проч­ ности, которое выразится в следующем виде:

ходя из веса незацементированной части колонны и осевых сил,

(138). Расчеты показывают, что величина критической длины искривленной части колонны /кр, входящая в формулу (126), незначительно влияет на общее напряженное состояние колон­ ны и для инженерных расчетов ее влиянием можно пренебречь. Тогда условие для определения величины силы натяжения, после некоторого преобразования формулы (126), представится в следующем виде

107

{lu h — длины секций обсадной колонны; Fu F2— площади се­

внутренний и наружный диаметры колонны в см; / — длина не-

Определив QH, необходимо проверить прочность колонны из условий работы скважины в процессе освоения и эксплуатации.

где Р — осевая сила, возникающая в колонне в результате воз­ действия внутреннего избыточного, внешнего и внутреннего гидростатического давлений жидкости, определяемых по форму­ ле (122), которая после некоторых преобразований примет вид

ния в м; du — внутренний диаметр трубы, рассматриваемой сек­ ции в см; [а] — допускаемое напряжение для трубы в кгс/см2.

Условия прочности (182) действительны для соединений, расположенных в любой секции колонны. Так, например, для соединения, расположенного у устья скважины, условия проч­ ности

108

2pD2 < И-

D%~ dl

Проверка прочности должна производиться для наиболее на­ груженных секций колонны. Если проверка прочности колонны для условий эксплуатации окажется удовлетворительной, сле­ дует проверить также напряженное состояние колонны в про­ цессе освоения скважины.

В этом случае возможно повышение напряжения в трубах колонны вследствие охлаждения и создаваемого внутреннего давления. Условия прочности колонны в процессе освоения бу­ дут такие же, как и при эксплуатации, определяемые по фор­ муле (182). Здесь Pt и Р определяются из выражений (181) и (183) применительно к процессу освоения скважины. В частно­ сти, величина осевой силы Ри возникающей в колонне при охлаждении, будет отрицательна. Если, исходя из работы сква­ жины при эксплуатации и освоении, условия прочности (182) не соблюдаются, то следует при проектировании колонны или увеличить прочность труб, или уменьшить вес незацементированной части колонны, т. е. увеличить высоту цементного стол­ ба за колонной.

109