Расчет внутреннего давления в колонне

Давление на устье в период ввода в эксплуатацию:

p_у= p_пр.-_пл.·g ·h_кр.пр.=50,625-651·9,8·5050·10^-6=50,625-32,2=18,425 МПа;

при опрессовке колонны р_оп=1,01·18,425=18,6 МПа – это давление может быть принято в качестве расчетного, так как согласно действующим требованиям безопасности эксплуатации нефтяных скважин рекомендуемое давление опрессовки для колонн 178,8 мм диаметра составляет р_оп=9,5 МПа.

Минимально необходимое (нормативное) избыточное внутреннее

устьевое давление при испытании на герметичность (Р_{оп.норм}.). ГОСТ 632-80

Наружный диаметр колонны, мм	Значение Роп.норм, МПа
178	9,5

Минимальное давление у башмака колонны в период ввода в эксплуатацию

Р₆₄₇₉=_пл. · g ·h=651·9,8·6479·10^-6= 41,3МПа

Тогда давление у бамшака в период опрессовки будет следующее:

Р₆₄₇₉=р_оп+_б.р. · g ·h=18,6+1070·9,8·6479·10^-6=86,5МПа;

В конце эксплуатации:

p`₆₄₇₉=_фл. · g ·(h-h_к)=865·9,8·(6479-5245)·10^-6=10,5 МПа;

Построение эпюры наружного избыточного давления

Так как скважина с нормальными условиями бурения и эксплуатации расчет избыточных наружных давлений в зацементированной зоне производится по составному столбу бурового и цементного растворов с учетом коэффициента разгрузки для сечения, расположенного у башмака обсадной колонны, по формуле:

р_ниL = [(р_гст.ц.р.+р_{гст.пр.ж}.)–р_{гст.нефт}.] . (1-К)=67,94-54,92*(1-0,25) =9,765

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

обсадной колонной;

р_{гст.пр.ж.} - гидростатическое давление цементной жидкости за

обсадной колонной;

р_{гст.нефт.} – гидростатическое давление столба нефти в скважине;

p_н.и-=9,765 МПа;

По разностям наружнего и внутреннего давлений в характерных точках строится эпюра наружнего избыточного давления.

На глубине 5245 м низа (башмака) промежуточной колонны хвостовика наружное давление будет следующее:

p_н-5180 =p_н-0+1070·9,8(5245-0) ·10^-6= 0+63,5 =55 МПа;

Давление у кровли пласта:

p_кр=k_a·ρ_в·g·h_кр=1,01·1000·9,8·5050=50 МПа;

Давление у подошвы пласта:

p_под=k_a·ρ_в·g·h_под= 1,01·1000·9,8·5180=51,27 МПа;

Так как проектная глубина скважины является 6479 м. следует рассчитать давление и для следующего интервала:

p_н-6479= p_н-5245+1070·9,8(6479-5245) ·10^-6= 54,32 +12,93=67,25 МПа;

Построение эпюры внутреннего избыточного давления

Для построения эпюры внутреннего избыточного давления исходной является эпюры наружного давления, и для сопоставления подбираются условия нагружения колонны, при которых внутреннее давление будет максимальным.

Избыточное внутреннее давление на глубине z (p_виz) в общем случае определяют как разность между внутренним и наружным давлениями, установленными для одного и того же момента времени.

p_виz = p_нz - p`_вz =82,5-9,765=72,74 МПа,

где:

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

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

Избыточное внутреннее давление Р_виz на любом участке обсадной колонны не должно превышать допустимого Р_т, определенного по формуле Барлоу, с учетом запаса прочности согласно ГОСТ 632-80.

Р_т=2СТ/Д_обс= 2*200*0,0081/0,1788=18,12 МПа

р_в.иР_т / n₂=18,12/1,15 =15,8 МПа ,

где n₂- коэффициент запаса прочности на внутреннее давление.

Таким образом, небольшие отклонения в избыточном внутреннем давлении согласно установленному ГОСТу компенсируются запасом прочности.

Согласно расчетом необходимо выбрать подходящую по группе прочности сталь, из которой будет изготовлены обсадные трубы хвостовика, и толщину стенки. Наибольшее давление, которое может возникуть 82,5 МПа. Таким образом, подходящей для труб диаметром 177,8 мм будет сталь группы прочности Т с толщиной стенки 9,2 мм.