2.7 Расчет эксплуатационной колонны

Обсадная колонна подвергается в скважине воздействию различных по величине и характеру нагрузок. В качестве расчетных приняты нагрузки трех видов:

- наружное избыточное давление смятия;

- осевая нагрузка растяжения от собственного веса спущенной в скважину обсадной колонны;

- внутреннее избыточное давление в колонне.

По расчетным нагрузкам подбираются трубы соответствующей группы прочности стали и толщины стенки для комплектования секций обсадной колонны.

Наружное избыточное давление определяется как разность между наружным р_н и внутренним р_в давлениями при их наиболее неблагоприятном сочетании, когда одновременно наружное давление достигает максимальной величины, а внутреннее – минимальной. И определяется по формуле:

, (2.25)

Внутреннее избыточное давление определяется по разности между внутренним и наружным давлением для одного и того же момента времени определяется по формуле:

. (2.26)

Расчет наружного давления:

На устье:

На глубине 2810 м определяется по формуле:

(2.27)

где – плотность минерализованной пластовой воды;

– глубина башмака колонны предыдущей колонны;

- глубина башмака эксплуатационной колонны.

Согласно формуле (2.27) наружное давление равно:

Согласно формуле (2.27) наружное давление равно на глубине спуска промежуточной колонны, h = 2765 м равно:

В интервале отсутствуют поглощающие и продуктивные пласты.

Расчет внутреннего давления.

Давление на устье:

В период ввода в эксплуатацию ожидаемое давление на устье определяется по формуле:

(2.28)

где Р₂₈₁₀ – пластовое давление, Р₂₈₁₀=29,24 МПа при ;

– плотность флюида в пластовых условиях, .

Давление на устье примем равным давлению опресовки согласно типовым инструкциям по безопасности работ при строительстве нефтяных и газовых сскважин и местных норм.

Давление опрессовки на устье определяется по формуле:

Р_у = Р_ОП , (2.29)

Принимаем Р_ОП =16,3 МПа, тогда

Р_у = 16,3 МПа.

Давление у башмака колонны в период опресовки определяется по формуле:

(2.30)

Согласно формуле (2.30) давление у башмака колонны в период опресовки равно:

Построение эпюры наружного избыточного давления

На устье:

На глубине 2765 м:

Согласно формуле (2.28) давление на глубине 2765 метра равно:

.

Согласно формуле (2.28) давление на глубине 2810 метра равно:

Построение эпюры внутреннего избыточного давления.

Приведем некоторые расчетные значения внутреннего давления в характерных точках:

На устье:

Р_н.и = 16,3 МПа .

Согласно формуле (2.26) давление на глубине 1680 метров равно:

,

.

Строим эпюры внутренних и наружных избыточных давлений, которые представлены на рисунке 2

Рисунок 1 – Эпюры наружного и внутреннего избыточного давлений

Выбираем обсадные трубы с резьбой типа Buttress.

Проектирование обсадной колонны.

Проектируемая глубина L=2810 м .Коэффициент запаса прочности на смятие промежуточной колонны принимается в пределах п₁ = 1-1,3. Тогда критическое давление обсадных труб, должно быть больше Р_кр = 31,95 МПа. Этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки равной 8,9 мм. Прочностные характеристики тело труб согласно ГОСТ 632-80 обсадной колонны следующие:

- Предельное наружное давление 29,24 МПа.

- Предельное внутреннее давление 35,1МПа.

- Предельные растягивающие нагрузки 168,6 т.

Вес одного метра труб составляет 36,1 кг, тогда вес секции будет равен:

С учётом коэффициента запаса прочности равного К = 1,15 :

Тогда коэффициент запаса для предельного внутреннего давления равен:

К_внутр=

Коэффициент запаса для предельного наружного давления равен:

К_см=

_{Данные расчетов заносим в таблицу 2.21}

_{Таблица 2.21 – Характеристики обсадной колонны}

Секциия	L,м	∑ L,	Q, т	∑ Q,	δ, мм	Группа прочности стали	Ксм	Квнутр	Краст
1	2810	2810	101,44	101,44	8,9	Д	1,24	2,15	1,15

2.9 Цементирование обсадных колонн

2.9.1 Выбор тампонажных материалов

Тампонажными называются материалы, которые при затворении с водой образуют суспензии, способные в условиях скважины превращаться в практически непроницаемое твердое тело.

Тампонажный материал, будучи смешанным, с жидкостью затворения, образует тампонажный раствор. Добавки в состав тампонажного материала раствора вводятся для регулирования его технологических свойств и изоляционных свойств формирующегося в заколонном пространстве камня.

Требования к тампонажным материалам для цементирования нефтяных и газовых скважин в основном определяются геолого-техническими особенностями их проводки.

Выбор тампонажного материала основывается на следующих требованиях:

- тампонажный раствор должен оставаться подвижным во время транспортирования в заколонное пространство;

- после прекращения закачивания должен затвердеть, образуя безусадочный камень с определенными физико-механическими свойствами.

Материалы для приготовления тампонажных растворов:

а) на неорганической основе: вяжущие - цементы, гипс, известь;

б) на органической основе: синтетические - смолы, битумы, латексы;

в) жидкости затворения: пресная вода, минерализованная вода, углеводородные жидкости;

г) добавки, регулирующие плотность растворов, придания им закупоривающих свойств (наполнители), снижения стоимости;

д) материалы для регулирования сроков схватывания и реологических характеристик (реагенты).