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

Так как z0<z, то расчетное давление (в кгс/см2) опреде­ ляется по формуле (195)

ррас= 1,85* 1413 — (1 — 0,31) (1,85 — 1,28 400 —

— 0,31 -1,85-1564 = 155.

По методике Ю. А. Песляка, как видно из формулы (210), прочность колонны проверяется, исходя из тангенциальных и осевого напряжений, возникающих в стенке трубы. Учитывая, что в нашем примере осевое напряжение незначительно (место смятия близко к забою), в расчетах его влиянием можно пре­ небречь. Тогда из формулы (210) для тангенциального напря­ жения будем иметь

— Ар = 0,1 (1564 — 1164) (1,85 — 1,28) -Ь 0,1 -1554-1,28 = 233;

г84

дике и по методике Г. М. Саркисова и Ю. А. Песляка. Все эти данные, а также коэффициенты запаса прочности для этих ко­ лонн сведены в табл. 16.

Как видно из табл. 16, при всех методах расчета коэффи­ циент запаса прочности для обсадной колонны выше единицы.

136

а по методу Ю. А. Песляка — больше двух. Несмотря на это, в указанных скважинах произошло смятие колонны.

Можно полагать, что с течением времени находящееся за колонной глины, обладая большой пластичностью, воздейству­ ют на колонну как жидкая среда. При этом нагрузка, дейст­ вующая через цементную оболочку, полностью передается на трубы, так как наличие свободной деформации трубы и цемент­ ной оболочки (за крепью отсутствует крепкая подпора) спо­ собствует преждевременному разрушению цементной оболочки, как это наблюдается в экспериментах автора.

Если учесть то обстоятельство, что с течением времени сам цементный камень обладает свойством ползучести, то становит­ ся ясным, что в условиях наличия за колонной породы второ­ го типа (глины) цементная оболочка не может увеличить соп­ ротивляемость трубы на смятие. Об этом свидетельствует еще тот факт, что смятие колонны в скважинах, где за колонной находятся глины, в одинаковой степени происходит как в заце­ ментированной части ее, так и выше этого участка. Поэтому расчет обсадных колонн на -смятие для участка скважины, где в разрезах находятся глины, должен быть произведен без уче­ та цементной оболочки. При этом нагрузка, действующая на колонну, должна определяться исходя из ползучести горных пород [52].

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПОРОД ВТОРОГО ТИПА С УЧЕТОМ ФАКТОРА ВРЕМЕНИ, ДЕЙСТВУЮЩЕГО НА КОЛОННУ

При определении давления на стенки обсадной колонны, когда за колонной находятся породы второго типа (глины), бу­ дем полагать, что с момента крепления стенки скважины в те­ чение времени ее эксплуатации колонна и окружающий ее массив горных пород находятся в состоянии плоской деформа-

137

ции. Будем также считать, что объемное сжатие горных пород равно нулю или соответственно этому условию коэффициент Пуассона равен 0,5. Такое допущение оправдано тем, что при изменении коэффициента Пуассона в интервале от 0,3 до 0,5 смещение на контуре выработки изменяется на несколько про­ центов, что значительно упрощает расчетные уравнения и их решение.

Напряженное состояние ненарушенного массива горных по­ род будем считать гидростатическим, т. е. коэффициент боко­ вого распора полагаем равным единице, вследствие релаксации напряжений в горных породах за геологический период их об­ разования. Тогда будем иметь

С момента закрепления скважины в течение времени ее ра­ боты давление на стенки колонны начинает изменяться вслед­ ствие релаксации напряжения в горных породах.

Давление на стенку колонны в момент крепления скважины на глубине г будем считать:

где уп, уР, уц — удельный вес соответственно горной породы, глинистого и цементного растворов в гс/см3; h — расстояние от устья скважины до уровня подъема цементного раствора в м.

Напишем уравнение состояния пород второго типа при осе­ симметричном плоскодеформированном состоянии и коэффи­ циенте Пуассона, равном 0,5:

8f = lcT (a' _ a e )’

Как видно из уравнения состояния (230), тело из такого материала при нагрузке меньше предельной (К\) изменяется,

138

как идеально упругое, т. е. деформация прямо пропорциональна напряжению.

При условии, когда напряжение больше предельного, т. е. при Г>К\, соответствующем формуле (229), кроме упругой деформации в теле возникает необратимая деформация, вызы­ ваемая вязким течением материала. Нужно отметить, что при постоянном напряжении эта деформация неограниченно воз­ растает, а при заданной деформации напряжение в теле релаксирует, т. е. стремится к предельному.

Исследованиями установлено, что в случае незначительных глубин в породах второго типа возникают релаксирующие и пластические области. Поскольку боковая нагрузка, как рас­ четная, определяется для нижней части колонны, то породы второго типа, находящиеся в этой зоне, всегда будут иметь релаксирующую и пластическую области. Поэтому для опреде­

при Т Ж [.

С другой стороны, вследствие несжимаемости среды имеем

139