3.6.1.4 Розрахунки труб

Труби з потовщеними кiнцями (однаковомiцнi) розраховують із умови межі мiцностi з врахуванням власної ваги за коефiцiєнта запасу K_з, що дорiвнює 1,5, а решту (неоднаковомiцнi) – із умови зрушуючого навантаження, тобто

;

,

де G_max – розтягуюче зусилля, за якого напруження в тiлi труби досягає межi текучостi (довiдкова величина); q_тр – маса 1 м труби з врахуванням потовщень i муфт (довiдкова величина); L – довжина колони труб; P – навантаження на нижньому кiнцi колони труб; G_зр – зрушуюче навантаження рiзьової з’єднини (довiдкова величина).

Гранична глибина опускання НКТ у газову чи фонтанну свердловину в залежностi вiд дiаметра, групи мiцностi та товщини стiнки складає 1780–4250 м.

Розрахунок труб на внутрішній тиск здійснюють за формулою Барлоу:

,

де p – допустимий внутрішній тиск; f – межа текучості матеріалу;  – товщина стінки труби; D – зовнішній діаметр труби.

Задача 3.15. Визначити видовження експлуатаційної колони труб під дією власної ваги в кінці процесу опускання її в пробурений стовбур свердловини. Відомо: діаметр колони D = 0,168 м; глибина опускання колони L = 2342 м; товщина стінки δ = 0,0106 м; густина глинистого розчину ρ_гл = 1250 кг/м³. Силами тертя знехтувати. Довідкові дані: густина матеріалу труб ρ_ст = 7800 кг/м³; маса одного погонного метра труб разом з муфтою q = 49,7 кг/м; модуль Юнга Е = 2·10¹¹ Па; прискорення вільного падіння g = 9,81 м/с².

Розв’язування. Внутрішній діаметр експлуатаційної колони по металу:

d_вн = D – 2δ = 0,168 – 2·0,0106 = 0,1468 м.

Площа перерізу експлуатаційної колони:

м².

Вага експлуатаційної колони в повітрі:

P_к.пов = Lqg = 2342·49,7·9,81 = 2,25481·10⁵ Н.

Вага експлуатаційної колони в глинистому розчині:

Н.

Тоді визначаємо шукане видовження експлуатаційної колони труб:

м.

Задача 3.16. Підібрати технологічні НКТ для промивання свердловини до вибою на глибині H = 3600 м. Відомо: зовнішній діаметр експлуатаційної колони D₁ = 0,146 м.

Розв’язування. Підбираємо технологічні НКТ за двома умовами: а) повинна забезпечуватись циркуляція промивної рідини і вільне переміщення НКТ у свердловині; б) колона труб не повинна обірватись під дією власної ваги. Задаємо коефіцієнт запасу міцності рівним k_з = 1,5. Оскільки зовнішній діаметр експлуатаційної колони 146 мм, то за товщини стінки 10,7 мм внутрішній діаметр складає 124,7 мм.

Для виконання першої умови беремо гладкі НКТ з умовним діаметром 73 мм, товщиною стінки 5,5 мм і внутрішнім діаметром 62,0 мм. Маса одного погонного метра труби q_тр = 9,2 кг/м. Перевіряємо колону труб за другою умовою, визначивши максимально допустиму глибину опускання труб за формулою:

м,

де G_зр – зрушуюче навантаження різьової з’єднини гладкої труби (для труб групи міцності Д G_зр = 289·10³ Н); g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння.

Оскільки , то беремо труби вищої групи міцності Е, для яких G_зр = 427·10³ Н. Тоді м.

Оскільки знову , то беремо труби ще вищої групи міцності Л, для яких G_зр = 506·103 Н. Тоді м, тобто друга умова виконується, а значить для промивання піщаної пробки необхідно взяти гладкі нерівноміцні труби: НКТ–73х5,5 Л.

Задача 3.17. Визначити найбільшу глибину опускання триступінчастої колони гладких НКТ для цементування свердловини. Відомо: діаметри труб 60, 73 (товщина стінки 5,5 мм) і 89 мм, які виготовлено зі сталі марок відповідно Д, К, Е. Коефіцієнт запасу міцності к_з взяти рівним 1,5.

Розв’язування. Для заданих труб діаметром 60, 73 та 89 мм із довідникових таблиць вибираємо відповідно зрушуюче навантаження на різьову з’єднину Q_зр і масу q погонного метра труб з урахуванням муфт, тобто

Q_зр1 = 208·10³ Н; q₁ = 7,13 кг;

Q_зр2 = 387·10³ Н; q₂ = 9,7 кг;

Q_зр3 = 645·10³ Н; q₃ = 14,03 кг.

Для кожної секції колони труб здійснюємо розрахунок гранично допустимої довжини за умови розтягу від сили власної ваги для нижньої секції, а для верхніх секцій і від ваги нижче опущених труб за формулами (розрахунок секцій колони труб ведеться знизу від найменшого діаметра і відповідно найменшої міцності):

м;

м;

м,

де g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння.

Тоді шукана найбільша глибина опускання триступінчастої колони гладких НКТ: L = l₁ + l₂ + l₃ = 1981 + 1261 + 1258 = 4500 м.