Расчет внутреннего давления в колонне

Давление на устье в период ввода в эксплуатацию:

p_у= p_пр.-_пл.·g ·h_кр.пр.=1,83-1100·9,8·20·10^-6=1,61 МПа;

при опрессовке колонны р_оп=0,93·1,61= 1,5 МПа – это давление не может быть принято в качестве расчетного, так как согласно действующим требованиям безопасности эксплуатации нефтяных скважин рекомендуемое давление опрессовки для колонн 530 мм диаметра составляет р_оп= 6,5 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
530	6,5

Минимальное давление у башмака колонны в период ввода в эксплуатацию

Р₂₀₀=_пл. · g ·h=1100·9,8·200·10^-6= 2,16 МПа

Тогда давление у бамшака в период опрессовки будет следующее:

Р₂₀₀=р_оп+_б.р. · g ·h= 6,5 +1100·9,8·200·10^-6=8,66 МПа;

В конце эксплуатации:

p`₂₀₀=_фл. · g ·(h-h_к)=1100·9,8·(200-20)·10^-6= 1,94 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)= [(2,35+2,16) – 2,16] * (1-0,40)=1,41 МПа,

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-200=1,41 МПа;

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

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 =2,16-1,41=0,75 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*0,01/0,530=7,6 МПа

р_в.иР_т / n₂=7,6/1,45=5,24 МПа ,

где n₂- коэффициент запаса прочности на внутреннее давление.

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

Наибольшее давление, которое может возникуть 8,66 МПа. Таким образом, подходящей для труб диаметром 530 мм будет сталь группы прочности Р с толщиной стенки 12 мм.

Расчет направляющей колонны

Данные необходимые для расчета: диаметр обсадной колонны 660,4 (мм), диаметр ствола 762 (мм), глубина спуска колонны составляет 20 метров, плотность бурового раствора = 1100 кг/м³.

Сведения о цементировании колонны: глубина до уровня цемента за колонной 0 метров, плотность цементного раствора 1200 кг/м³, коэффициент аномальности в горизонте 0,93; индекс давления поглощения в интервале - 1,36; плотность жидкости поступающей в скважину в конце эксплуатации (плотность промывочной жидкости)1100 кг/м³.

Расчет наружного давления

На устье около цемента наружное давление бурового раствора за колонной будет отсутствовать, в связи с чем расчеты на глубине 0 м не производятся.

p_н-0=_б.р. · g· h_ц= 1100·9,8·0·10^-6=0 МПа;

До затвердевания цементного раствора наружное давление по всей длине колонны (h  z  H) на глубине h определяется на момент окончания процесса продавливания тампонажного раствора и рассчитывается с учетом давления составного столба промывочной жидкости и тампонажного растворов.

p_нz=_пж^.g ^.H + _цр. g .( z-h) = 1100·9.8·20+1200·9.8·(20-0)= 0,45 МПа

На глубине 0 м низа (башмака) направляющей колонны наружное давление будет следующее:

p_н-40=p_н-0+1100·9,8(0-0) ·10^-6= 0 МПа;

В интервале отложений с k_a=0,93:

Давление у кровли пласта:

p_кр=k_a·ρ_в·g·h_кр=0,93·1000·9,8·20= 0,18 МПа;

Давление у подошвы пласта:

p_под=k_a·ρ_в·g·h_под= 0,93·1000·9,8·20= 0,18 МПа;

В интервале 20-40 метров среднее арифметическое наружного давления будет равным:

р_пр=0,18 МПа;