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

СМЯТИЕ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

После спуска обсадной колонны в скважину и цементиров­ ки, одной из основных нагрузок, действующих на колонну в период эксплуатации, является наружное боковое давление, оказываемое окружающей средой. В зависимости от величины этого давления и исходя из сопротивляемости обсадных труб смятию, рассчитывается нижняя часть эксплуатационной ко­ лонны.

Обеспечение прочности нижней части обсадной колонны с минимальной затратой металла в большой степени зависит от правильного определения величины как наружного бокового, так и сминающего давления для выбранных труб данной ко­ лонны.

Однако существующие методы расчета обсадных колонн на смятие не всегда обеспечивают безаварийную работу колонны при эксплуатации от наружного бокового давления окружаю­ щей среды. В промысловой практике часты случаи, когда об­ садная колонна, рассчитанная на смятие с большим запасом прочности, после длительного времени эксплуатации деформи­ руется в виде смятия. Причем, смятие эксплуатационных ко­ лонн наблюдается как в зацементированной части ее (выше фильтра), так и выше цементного столба, где за колонной окружающей средой является глинистый раствор.

В работе [58] приводятся результаты анализа большого промыслового материала по смятиям эксплуатационных ко­ лонн в НГДУ Карадагнефть Аз. ССР, происшедшим в 1960— 1963 гг. Авторами установлено, что из 83 случаев смятия колонн 38 приходятся на участок выше цементного столба, а 45 — на зацементированную часть колонны. Причем, 80 случаев

Смятие обсадных колонн в этих скважинах происходило после длительного времени эксплуатации скважин (10—20 лет).

По мнению авторов, главной причиной смятия колонны яв­ ляется наличие в разрезах скважин пластов глин, напряжен­ ное состояние которых со временем значительно изменяется, что приводит к увеличению горного давления на колонну в этой

116

зоне. Не менее важное значение имеет влияние коррозийного фактора на прочность колонны.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ

Вопрос определения величины наружного давления оконча­ тельно не решен несмотря на то, что ему посвящено много ис­ следований [41, 60, 70].

Обсадная колонна по стволу скважины подвергается различ­ ному воздействию наружного давления. Если участок колонны выше уровня цементного камня находится под давлением гли­ нистого раствора, то зацементированный участок колонны на­ ходится под давлением горных пород, воздействующих через цементную оболочку. Считается, что для участка колонны с глинистым раствором давление на колонну действует по гидро­ статическому закону столба жидкости, я поэтому расчетное на­ ружное давление для него должно определяться по формуле

и нефти в гс/см3; г — глубина, на которой определяется давле­ ние, в м; Н — уровень жидкости (нефти) в колонне в м; L — глубина скважины в м.

Определение величины наружного давления для зацементи­ рованной части колонны очень сложно. Предложенные разными авторами расчетные формулы по определению величины наруж­ ного давления для зацементированной части колонны вследст­ вие ряда допущений имеют приближенный характер.

Одной из попыток определения величины наружного давле­ ния для зацементированной части колонны является исполь­ зование метода по определению давления пород на крепь вертикальной выработки, где порода принимается за сыпучее

Другой прием определения наружного давления для заце­ ментированной части колонны основывается на методе опреде­ ления давления на крепь вертикальной выработки для случая

117

упругих пород. Расчетная формула при этом методе имеет сле­ дующий вид [28]:

коэффициентом Пуассона.

Развитие этого метода получило в работах ряда авторов, в которых давление на крепь вертикальной выработки определя­ лось с допущением, что выработка заполнена тяжелой жид­ костью и с учетом податливости крепи.

Г. С. Саркисов указывает, что как первый, так и второй методы не приемлемы для определения наружного давления за­ цементированной части колонны.

В первом случае обсадную колонну и окружающие ее поро­ ды нельзя отождествлять <с подпорной стенкой и засыпкой, так как подпорная стена действительно поддерживает засыпку, в то время как породы вокруг колонны находятся в равновесии

щая подпорным стенкам небольшой высоты, может быть реко­ мендована для нефтяных скважин, имеющих большую глубину.

Во втором случае ох соответствует боковому давлению по­ род в ненарушенном массиве. Но при проходке скважины вок­ руг ствола ее образуется зона перераспределения напряжений и это обстоятельство приводит к невосстановлению первона­ чального значения бокового давления, определяемого по фор­ муле (188), даже после крепления стенки скважины обсадными трубами.

Принимая во внимание эти обстоятельства и исходя из ус­ ловия строительства и эксплуатации скважин, Г. М. Саркисов предлагает новую методику определения наружного давления для зацементированного участка колонны.

Метод расчета обсадных колонн на наружное давление, предлагаемый Г. М. Саркисовым [70], исходит из анализа взаи­ мосвязи между наружным и внутренним давлениями, действую­ щими на колонну в различные периоды строительства и эксплуатации скважин. Рассматривая систему как составной

118

Причем в общем случае, когда в обсадной колонне остается некоторый столб жидкости с плотностью ун» величины р\, р2, и рс определяются следующими формулами:

Pi = yph + ya (z— hy,

некоторые упрощения, Г. М. Саркисов находит величину рас­ четного наружного давления в окончательном виде

Ррас = 1Та — «(То — Тн)12— (1— к)(Тц— Тр)/1 —

Как видно из формулы (189), при определении расчетного давления устанавливается взаимосвязь между величинами на­ ружного и внутреннего давлений, причем со снижением внут­ реннего давления величина наружного уменьшается. Автор от­ мечает, что уменьшение наружного давления продолжается до тех пор, пока его величина не дойдет до гидростатического. Дальнейшее снижение внутреннего давления в колонне не влияет на величину давления, действующего на наружную поверхность цементной оболочки, так как это давление является гидроста­ тическим, имеющим источник-резервуар, практически неогра­ ниченной емкости.

Значение го, при котором наружное давление равно гидро­

где Yb— удельный вес воды в гс/см3.

Таким образом, для сечений, расположенных ниже уровня

119