2.3.3 Особенности расчета обсадных колонн для горизонтальных скважин

Расчет наружных и внутренних давлений производится по формулам для вертикальных скважин (таблица 8-10) по приведенным к вертикальной проекции глубинам.

Запас прочности на наружное избыточное давление для горизонтально расположенного участка колонны принимается равным 1,3 - 1,5 (в зависимости от устойчивости коллектора). Запас прочности на растяжение с учетом изгиба определяется как для наклонно направленных скважин.

Для нижней секции обсадной колонны с целью облегчения проведения аварийных работ рекомендуется выбирать трубы с трапецеидальным профилем резьбы с заходом на 50 м в обсадную часть предыдущей колонны.

2.4 Расчет усилия натяжения обсадных колонн

При обвязке устья скважины определяют величину натяжения обсадных колонн, исходя из условия сохранения прямолинейной формы незацементированной части колонны при изменении температуры и давления.

В случае наклонно направленных скважин расчет натяжения производят только для вертикального незацементированного участка колонны.

Величину натяжения обсадной колонны, которая не подвергается воздействию температур и внутреннего избыточного давления, или условия ее работы неизвестны определяют по формуле

Q_н  Q_{о ,} (31)

где Q_н – усилия натяжения, кН;

Q_о - вес свободной (незацементированной) части колонны, кН.

Минимальное значение усилия натяжения для скважин любого назначения определяют по наибольшему значению, вычисленному по формулам

(32)

где Р₁ – осевое усилие от действия температурных изменений в колонне, кН;

Р₁ = ЕFt  10^-3 (33)

Р₂ – осевое усилие от действия внутреннего устьевого давления при эксплуатации, кН;

Р₂ = 0,31 Р ²  10⁺³ (34)

Р₃ – осевое усилие от действия внутреннего и внешнего гидростатических давлений, кН;

Р₃ = 0,655L_сч  (D²_р - d² _в)  10^-3 , (35)

где Р₃ – внутреннее устьевое давление в колонне при эксплуатации, МПа;

L_сч – длина свободной части колонны, м;

D, – соответственно наружный и внутренний диаметры обсадной

колонны, м;

(36)

где l₁, l₂ - l_n – длины секций обсадной колонны, м;

_р, _{в -} удельные веса жидкости за колонной и внутри нее в

процессе эксплуатации, н/м³;

• - коэффициент линейного расширения, 1/⁰С;

 = 12  10^-6;

Е – модуль упругости материала трубы, Па;

Е = 2  10¹¹;

t – средняя температура нагрева (охлаждения) колонны, ⁰С. При нагревании положительна, при охлаждении – отрицательна.

Приближенное значение t может быть определено по формуле

,⁰С (37)

где t₁, t₂ – температура колонны до эксплуатации соответственно на устье

и на уровне цементного кольца, ⁰С;

, ⁰С (38)

t₃, t₄ - температура жидкости за колонной в процессе эксплуатации,

соответственно у устья и на уровне цементного кольца

,⁰С (39)

t_о – температура на забое, определенная по геотермическому градиенту

,⁰С (40)

где Т_о – температура на глубине 1000 м (20 - 90 ⁰С)

t_z – геотермический градиент ⁰С/100 м (t_z = 1 - 8)

t₃ – обычно принимается на 20 - 30 ⁰С меньше температуры на забое.

После натяжения колонны должны соблюдаться следующие условия прочности

(41)

(42)

где _р = _р - ; _в = _в - ;

, - удельные веса жидкости в скважине после спуска и

цементирования колонны, Н\м³;

[P] - допустимая осевая нагрузка на обсадные трубы, кН.

В случае не выполнения указанных условий следует увеличить прочность обсадных труб в интервале не зацементированного участка колонны.