При испытании колонны в один прием без пакера

Р`в_z = Роп + _ож . gz, (6.20)

где: Роп = 1,1 Рву при 1,1 Рву  Роп.норм.;

Роп = Роп.норм. при 1,1 Рву  Роп.норм.;

Роп.норм. - минимально допустимое (нормативное) внутреннее давление при опрессовке колонны (табл. 6.1).

Для скважин с нормальными условиями бурения и эксплуатации, при испытании колонны в один прием без пакера, расчет избыточных внутренних давлений производят с учетом разгрузки цементного камня по формуле:

Рви = {(1,1Ру + _ож . gL) – [_ц . g . (L – h) + g_пж. gh] (1 – K) (6.21)

Таблица 6.1 - Минимально (нормативное) избыточное внутреннее устьевое давление при испытании на герметичность (Роп.норм.)

Наружный диаметр колонны, мм	Значение Роп.норм, МПа
114…127 140…146 168 178…194 219…245 273…351 377…508	15,0 12,5 11,5 9,5 9,0 7,5 6,5

Графики наружных и внутренних избыточных давлений, действующих на обсадную колонну, приведены далее при решении примера.

При выполнении курсового проекта студент обязан произвести расчет и построить графики избыточных давлений для эксплуатационной колонны. Расчет и построение графиков избыточных давлений для других колон в курсовом проекте допускается выполнять с использованием стандартных программ для ЭВМ.

6.4. Проектирование обсадной колонны

На втором этапе конструируют (рассчитывают) обсадную колонну. Как правило, расчет ведут снизу вверх, начиная подбор секций труб с расчета на наружное избыточное давление и проверяя подобранные секции на внутреннее давление и растяжение. Прочностные характеристики обсадных труб приведены в [1, 5, 8, 11, 16], м также в приложениях данного методического пособия. При использовании в расчетах ЭВМ необходимо сделать несколько вариантов расчета и выбрать из них наиболее оптимальный.

Основные принципы расчета обсадных колонн состоят в следующем.

1. Расчет на действие наружного избыточного давления.

Избыточное наружное давление Рни_z для труб рассчитываемой секции не должно превышать допустимого с учетом запаса прочности:

Рни_z  Ркр / n₁ ; Рни_z  Ркр / n₁, (6.22)

где: n₁- коэффициент запаса прочности на смятие;

Ркр – критическое наружное давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести. Определяются по формуле Саркисова, приведены в [18, 25] и приложении 2;

Ркр – критическое давление для труб с учетом растягивающих нагрузок Ркр = Ркр ( 1 – 0,3 ^. Q/Qт).

Q – осевая растягивающая нагрузка от веса (в воздухе) нижерасположенной части колонны;

Qт – растягивающая нагрузка, при которой напряжения в теле трубы достигают предела текучести, приведена в [11] и приложении 3 данного методического пособия.

2. Расчет на внутреннее избыточное давление.

Избыточное внутреннее давление Рви_z на любом участке обсадной колонны не должно превышать допустимого Рт, определенного по формуле Барлоу, с учетом запаса прочности. Значения Рт приведены в [11, 16], а для наиболее распространенных типоразмеров труб, приведены в приложении 4 данного методического пособия.

Рви_z  Рт / n₂ , (6.23)

где n₂- коэффициент запаса прочности на внутреннее давление.

3. Расчет на растяжение.

В любом сечении вес нижерасположенной части обсадной колонны Q не должен превышать допустимого с учетом запаса прочности:

Q  [ Р ], (6.24)

где: - [ Р ] = Рст / n₃;

Рст – страгивающая нагрузка, при которой напряжения в опасном сечении резьбового соединения достигают предела текучести, рассчитанная по формуле Яковлева, приведена в [11, 16] и приложении 5.

n₃ - коэффициент запаса прочности на страгивание для труб с треугольной резьбой.

Для труб с резьбой трапецеидального профиля допустимая растягивающая нагрузка [Р], рассчитанная с учетом коэффициента запаса прочности, приводится в справочной литературе [11, 16] и приложении 9 данного методического пособия.

Для труб с трапецеидальной резьбой коэффициент n₃ не рассчитывается.

Если в задании на проектировании не оговорены коэффициенты запасов прочности, то при расчетах можно использовать следующие данные, приведенные в табл. 6.2, 6.3. Для секций, находящихся в пределах эксплуатационного объекта n₁ =1,0 –1,3 в зависимости от устойчивости коллектора и n₁ = 1,0 для остальных секций. Все значения указанных коэффициентов можно использовать при расчетах как эксплуатационных, так и промежуточных колонн.

Результаты расчета обсадной колонны необходимо представить в виде таблицы 6.4.

Таблица 6.2 - Значения коэффициента запаса прочности на внутреннее давление (n₂)

Диаметр труб, мм	Исполнение Б	Исполнение А
114-219	1,15	1,15
219	1,45	1,15

Таблица 6.3 - Значения коэффициента запаса прочности на страгивание

для труб с треугольной резьбой (n₃)

Диаметр колонны, мм.	Длина колонны, м.	n3 для вертикальной скважины
114-168	 3000	1,15
114-168	> 3000	1,30
178-245	 1500	1,30
178-245	> 1500	1,45
273-324	 1500	1,45
273-324	> 1500	1,60
324	 1500	1,60
324	> 1500	1,75

Таблица 6.4- Результаты расчета эксплуатационной колонны (пример)

Номер секции	Длина, м	Группа прочности	Толщина стенки	Вес секции, кН	n1	n2	n3
1	150	Д	10,6	Q1	1,15	2,8	10,3
2	860	Д	8,9	Q2	1,0	1,7	2,1
3	450	Д	8,0	Q3	-	1,4	1,15
4	400	Д	8,9	Q4	-	1,3	1,15