3. Расчет эксплуатационной колонны для нефтяной скважины

Необходимо рассчитать эксплуатационную колонну диаметром 146 мм для нефтяной скважины при следующих условиях: м, м, м, г/см³, г/см³, г/см³, г/см³; МПа, .

Зона эксплуатационного объекта 2900-2650 м.

Порядок решения задачи следующий: так как ( м), выбираем расчетную схему II. Определяем избыточные наружные давления (на стадии окончания эксплуатации) для следующих характерных точек.

1. ; ;

2. ; МПа;

3. ;

МПа;

4. ;

МПа.

Строим эпюру ABCD (рисунок В.1 Приложение В). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладываем значения точках 1-4 (см рис. 4) и эти точки последовательно соединяем между собой прямолинейными отрезками.

Определяем избыточные внутренние давления из условия испытания обсадной колонны на герметичность в один приём без пакера.

Давление на устье:

МПа.

Точка a. ; МПа.

По таблице критических давлений обсадных труб для 146 мм колонны МПа. Принимаем 17 МПа.

Точка б. м; МПа.

Точка в. м;

МПа.

Строим эпюру ABC (рисунок В.2 Приложение В). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладывают значения в точках а, б, в (см. рис. 4) и полученные точки соединяют между собой прямолинейными отрезками.

Определяем значение МПа.

По таблице критических давлений обсадных труб находим, что этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д толщиной стенки 9 мм, для которых МПа (1-я секция труб).

Для 2-ой секции выбираем трубы той же группы прочности с толщиной стенки 8 мм, для которых по таблице критических давлений обсадных труб МПа. Эти трубы могут быть установлены на глубине с давлением МПа. По эпюре (см. рис. 4а) это давление соответствует глубине м.

Длина 1-й секции ( мм) м, а вес ее Н или кН.

Для 3-й секции берем трубы с мм, для которых МПа. Поскольку МПа соответствует глубине 1600 м, а значит, (начало зоны эксплуатационного объекта), то принимаем и определяем по эпюре, какой глубине соответствует давление 20,5 МПа. По эпюре (см. рис. 4 а) определяем м. Следовательно, длина 2-й секции ( мм) м, а ее вес Н = 168 кН.

Общий вес двух секций: кН = 0,1898 МН.

Определяем длину 3-й секции ( мм), беря в основу расчет на растяжение. Для этих труб МН и Н (таблица прочностных характеристик обсадных труб).

По формуле получаем

м.

Вес 3-й секции труб ( мм): Н = 427,6 кН = 0,4276 МН.

Общий вес трех секций: МН.

Осевая нагрузка, при которой напряжение в теле трубы достигает , по таблице прочностных характеристик обсадных труб составляет 0,57 МН ( мм).

Определяем расстояние расчетного сечения трубы от устья скважины:

;

м.

По эпюре находим, что на глубине 700 м МПа.

Определяем коэффициент запаса прочности на критическое давление.

.

Расчет на внутреннее давление для первых, двух секций не производим, так как внутреннее избыточное давление в них отсутствует (см. рис. 4 б).

Определяем внутреннее давление для труб 3-й секции, имеющих наименьшую толщину стенки мм. Фактическое внутреннее давление на уровне верхней трубы, расположенной на глубине м, находим по эпюре (см. рис. 4 б): МПа.

По таблице внутренних давлений обсадных труб определяем, что для труб мм МПа.

Рассчитываем коэффициент запаса прочности

.

Четвертую секцию составляем из труб с мм. Для этих труб МН; Н. Длина 4-й секции из расчета на растяжение:

м,

а ее вес Н = 112 кН = 0,112 МН.

Общий вес четырех секций составляет 0,7294 МН.

Пятую секцию комплектуем из труб с мм ( МН; Н).

Длина 5-й секции м.

Принимаем м; вес ее кН = 0,064 МН.

Так как МПа, коэффициент запаса прочности для труб секции также недостаточен.

Общий вес колонны МН.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты расчета эксплуатационной колонны

Номер секции снизу вверх	Толщина стенки , мм	Интервал спуска труб, м	Длина секции, м	Вес 1 м трубы, Н	Вес секции, МН
1	9	2830-2900	70	312	0,0218
2	8	2230-2830	600	280	0,168
3	7	505-2230	1725	248	0,4276
4	8	105-505	400	280	0,112
5	9	0-105	105	312	0,064
Всего:		0-2900	2900	–	0,7934

Примечание: Трубы изготовлены из стали группы прочности Д.