2.5 Расчет эксплуатационной колоны на прочность

В процессе бурения скважины обсадные трубы подвергаются разным нагрузкам.

В обще эксплуатационная колона рассчитывается потому что на нее действуют максимальные избыточные наружные и внутренние давления.

Наружное избыточное давление возникает при прокачивании цементного раствора в затрубное пространство, при эксплуатации скважины под действием пластового давления.

Избыточное наружное давление в общем случае определяют как разность между наружными и внутренними давлениями.

Таблица 9– Суммарная масса обсадных труб

Условное обозначение трубы по ГОСТ 632-80 Условное обозначение муфты по ГОСТ 632-80	Длина секции, м	Масса труб с заданной характеристикой, т
		Теорети-ческая	с плюсо-вым до-пуском	с норматив­ным запасом
З24х9,5-Д ГОСТ 632-80 324-Д ГОСТ 632-80	40	3,0	3,1	3,2
ОТТМ-245x7,9 Д ГОСТ632-80 ОТТМ-245 Д ГОСТ632-80	234	11,0	11,6	12,1
ОТТМ-168х8,9 Д ГОСТ632-80 ОТТМ-168 Д ГОСТ 632-80	1202	42,6	44,7	46,9

Наружное избыточное давление в точках

1:

где - расстояние от устья скважины до рассчитываемого сечения.

где - наружное избыточное давление на глубине z;

- плотность тампонажного цементного раствора за колонной.

2:

где - расстояние от устья скважины до рассчитываемого сечения;

- расстояние от устья скважины до башмака колонны.

где - наружное избыточное давление на глубине z;

- плотность тампонажного цементного раствора за колонной;

– плотность жидкости в колонне;

- расстояние от устья скважины до башмака колонны;

- расстояние от устья скважины до уровня жидкости в колонне;

- коэффициент разгрузки цементного кольца,

где - расстояние от устья скважины до уровня жидкости в колонне;

- расстояние от устья скважины до башмака колонны.

Строим эпюру АВ (рис. 3 а). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладываем значения в точках 1-2 и эти точки соединяем между собой прямолинейным отрезком.

Внутреннее избыточное давление в точках

а:

где - расстояние от устья скважины до рассчитываемого сечения.

где - внутреннее избыточное давление на глубине z;

– давление на устье.

где – пластовое давление;

– плотность жидкости в колонне.

где - внутреннее избыточное давление на глубине z;

– давление опрессовки.

По табличным значениям ( Элияшевский И.В. таблица 108) для 168-мм колонны . Принимаем большую величину для внутренних избыточных давлений на глубине z

б:

где - расстояние от устья скважины до рассчитываемого сечения;

- расстояние от устья скважины до башмака колонны.

где - внутреннее избыточное давление на глубине z;

– давление на устье;

- плотность тампонажного цементного раствора за колонной;

- плотность опрессовочной жидкости;

- расстояние от устья скважины до башмака колонны;

- коэффициент разгрузки цементного кольца,

где - внутреннее избыточное давление на глубине z;

– давление опрессовки;

- плотность тампонажного цементного раствора за колонной;

- плотность опрессовочной жидкости;

- расстояние от устья скважины до башмака колонны;

- коэффициент разгрузки цементного кольца,

Строим эпюру АВ (рис. 3 а). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладываем значения в точках а, б и полученные точки соединяем между собой прямолинейным отрезком.

Определяем избыточное критическое наружное давление

где - избыточное критическое наружное давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести;

– Коэффициент запаса прочности при расчете на наружное избыточное давление, ;

- наружное избыточное давление на глубине L.

Для 2-й секции выбираем трубы той же группы прочности с толщиной стенки 7 мм, для которых по таблице ( Элияшевский И.В. таблица 109) . Эти трубы могут быть установлены на глубине с давлением МПа

Определи длину первой секции

где - длина 1-й секции обсадной колонны.

Находим вес первой секции

где - вес колонны 1-й секции;

- длина 1-й секции обсадной колонны;

- вес колонны 1 м 1-й секции (теоретический).

Определяем длину второй секции

где - длина 2-й секции обсадной колонны;

- длина 1-й секции обсадной колонны.

Определяем вес второй секции

где - вес колонны 2-й секции;

- длина 2-й секции обсадной колонны;

- вес колонны 1 м 2-й секции (теоретический).

Определяем вес всей колонны

где - вес всей колонны»

- вес колонны 1-й секции;

- вес колонны 2-й секции.

Определяем допустимую растягивающую нагрузку, при которой напряжение в теле трубы достигает предела текучести

где - растягивающая нагрузка;

- длина 1-й секции обсадной колонны;

- вес колонны 1 м 1-й секции (теоретический).

Определим ту же секцию с толщиной стенки 8 мм, из расчета на страгивание

где Р_стр – страгивающая нагрузка;

n_стр – коэффициент страгивания, 1,30;

- длина 1-й секции обсадной колонны;

- вес колонны 1 м 1-й секции (теоретический).

Определим верхнюю секцию на прочность от действия внутренних избыточных давлений

где - внутренние давления, при которых напряжение в теле трубы достигает предела текучести;

– минимальное избыточное внутреннее давление.

Что удовлетворяет условию прочности.

Таблица 10 – Сводная таблица по эксплуатационной колонне

Номер секции	Толщина стенки, мм	Длина секции, м	Вес секции, Н	Марка стали
1	9,5	131	42575	Д
2	7,9	1071	307377	Д
1+2	8,9	1202	349952	Д