6.3. Определение избыточных давлений, действующих на обсадную колонну

Избыточное наружное давление на глубине z (Рни_z) в общем случае определяют как разность между наружным и внутренним давлениями на один и тот же момент времени:

Рни_z = Pн_z - Рв_z (6.17)

Его определяют графическим или расчетным путем для характерных точек с учетом формул для определения наружного и внутреннего давлений на время, когда наружные избыточные давления достигают максимальных значений, а именно:

• при испытании колонн на герметичность снижением уровня;

• при окончании эксплуатации скважины.

При определении наружного давления в зацементированной зоне согласно «Инструкции…» [11] приняты следующие допущения:

• схватывание и твердение тампонажного раствора происходит без объемных изменений, поэтому наружное давление на колонну во весь период твердения тампонажного раствора остается неизменным;

• цементный камень и окружающие породы являются упругими телами с одинаковыми модулями упругости и коэффициентами Пуассона, поэтому рассматриваются как единая оболочка вокруг колонны;

• при уменьшении давления внутри колонны, снижается и наружное давление, однако, радиальная деформация колонны происходит без нарушения ее сцепления с цементной оболочкой.

Для учета этих допущений при расчете наружного избыточного давления в продуктивной части разреза вводится коэффициент разгрузки цементного камня (К).

При этом для скважин с нормальными условиями бурения и эксплуатации расчет избыточных наружных давлений в зацементированной зоне производят по составному столбу бурового и цементного растворов с учетом коэффициента разгрузки для зацементированного интервала, по формуле:

Рни_L = [(Pгст.ц.р. + Ргст.пр.ж.) – Ргст.нефт.] ^. (1-К), (6.18)

где: Pгст.ц.р – гидростатическое давление цементного раствора за

обсадной колонной;

Ргст.пр.ж. - гидростатическое давление промывочной жидкости за

обсадной колонной;

Ргст.нефт. – гидростатическое давление столба нефти в скважине;

К - коэффициент разгрузки цементного кольца.

Для колонн диаметром 114 – 178 мм: К = 0,25

194 - 245 мм: К = 0,30;

273 - 324 мм: К = 0,35;

340 и более К = 0,40.

Избыточное внутреннее давление на глубине z (Рви_z) в общем случае определяют как разность между внутренним и наружным давлениями, для одного и того же момента времени, когда внутренние давления достигают максимальных значений.

Рви_z = Р`в_z - Pн_z, (6.19)

Как правило, оно максимально при испытании колонны на герметичность опрессовкой. Поэтому в формуле (6.19) принято:

Р`в_z - внутреннее давление при испытании колонн на герметичность;

Pн_z - наружное давление (учет горного давления не производится).

Внутренние избыточные давления рассчитываются для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейным.

Расчет колонны по внутреннему избыточному давлению производят по разному для двух случаев испытания колонн на герметичность: в один прием без пакера; в два или несколько приемов с установкой пакера.