книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие

с б = 7 мм ф, = 1390-24,97 = 34,8 т.

Результаты расчета обсадной колонны на смятие сводим в табл. 61.

П р и м е ч а н и е . Общий вес колонны 86,35 т.

Рассчитываем обсадную колонну на растяжение.

Определяем величину дополнительного растягивающего усилия

О= г>

Обозначения см. в задаче 184.

фдоп = 0,785 •12,82 (0,02 • 3100 + 1 6 +15) = 10,9 т.

Определяем допустимую длину секции труб по формуле

где ф 15 ф2, Qn — веса секций обсадных труб, находящихся ниже

рассматриваемого сечения, в т; qn — вес 1 м секции трубы, допусти­ мая глубина спуска которой определяется в т; астр — коэффициент запаса прочности на растяжение; фетр — допустимое страгивающее усилие в тс.

310

Результаты расчета сводим в табл. 62.

Т а б л и ц а 62

П р и м е ч а н и е . Общий вес колонны 94,14 т.

Рассчитываем обсадную колонну на внутреннее давление. Принимаем максимальное давление на устье скважины равным

300 кгс/см2. Для минимальной толщины стенки 6 = 7 мм

Таким образом, изменений в конструкции колонны не произошло. Задача 186. Рассчитать эксплуатационную колонну для газовой скважины по методике ВНИИБТ при следующих условиях: глубина скважины 3500 м; пластовое давление в газовом горизонте 350 кгс/см2 удельный вес глинистого раствора за колонной 1,1 гс/см3; начальное значение СНС глинистого раствора 0,2 гс/см2; конечное значение СНС глинистого раствора 0,4 гс/см2; диаметр скважины 200 мм; диаметр колонны 146 мм; интервал перфорации 3500—3300 м. Про­ дуктивный горизонт представлен прочными породами; высота подъема цементного раствора за колонной 1500 м от забоя. В пре­ делах цементного кольца расположен верхний водоносный горизонт,

подошва которого находится на глубине 2200 м.

Решение. Определяем расчетную сминающую нагрузку на глу­ бине 3500 м

Рр — Рпл Рmlrp

гДе Рил — пластовое давление в кгс/см2; pmin — минимальное давле ние в эксплуатационной колонне за счет частичного заполнения ее нефтью, водой в кгс/см2.

рр—350 —0 = 350 кгс/см2.

Сучетом коэффициента запаса прочности на смятие, равного 1,15,

Рем = 350-1,15 = 402 кгс/см2.

311

Принимаем трубы из стали группы прочности Д с толщиной стен­ ки 10 мм. Сминающее давление для этих труб составляет 430 кгс/см2.

Тогда коэффициент запаса прочности будет

430

1,23.

'см “ 350

Выше будут расположены трубы с толщиной стенки 9 мм. Глу­ бина спуска этих труб равна

Н = f k ^ L ,

9 «см

где р9см — сминающее давление для труб с толщиной стенки 9 мм;

где Q — вес нижележащих труб в т; еа — расчетная величина линей­ ной деформации 1 м обсадных труб при давлении смятия (см. табл. 46 приложения); ев — расчетная величина линейной деформации 1 м обсадных труб при растягивающей нагрузке (см. табл. 46 прило­ жения).

Тогда для нижней трубы секции с б = 9 мм, пользуясь данными табл. 46 приложения, находим

еа = 0,123-3,2 = 0,394;

ев = 0,123 -0,826 = 0,101.

312

Здесь 3,2 расчетное давление смятия. Согласно рис. 55, для дан­ ных труб при нагрузке 8,26 тс имеем рсм = 368 кгс/см2. При коэф­

фициенте запаса прочности 1,15 допустимое давление смятия равно

320 кгс/см2.

т. е. труба будет испытывать осевое сжимающее усилие, которое не окажет существенного влияния на сопротивляемость сминающим нагрузкам. Поэтому осевое усилие не учитывается на данном участке.

Трубы с толщиной стенки 8 мм без учета растягивающих усилий могут быть спущены на глубину

313

С помощью номограммы, представленной на рис. 55, определяем

По данным табл. 46 приложения еа = 0,138 • 2,56 = 0,354;

е6 = 0,137- 2,326 = 0,319.

23,26 (0,319-0,354) —2,51 тс.

0,319

Таким образом, нижняя труба секции с б = 8 мм будет испыты­ вать также сжимающее осевое усилие.

Трубы с б = 7 мм без учета растягивающих усилий могут быть спущены на глубину

Я 7 = 2f ' 10 = 2200 м. '

1,10

Длина секции труб с б = 8 мм

Z8 = t f 8 — # 7 = 2780 —2200 = 580 м.

Вес этой секции

<?8 = 580.0,028 = 16,2 т.

Вес трех секций (б = 10 мм, 6 = 9 мм и б = 8 мм)

Qio + <?9 + <?8 = 23,26 +16,2 = 39,46 т.

Аналогично определяем для труб с б = 7 мм

С помощью номограммы, представленной на рис. 55, определяем при осевом растяжении 22,4 тс рси = 222 кгс/см2, т. е. допустимая глубина спуска будет

Далее расчет ведется на растягивающие усилия от собственного веса. При этом коэффициент запаса прочности принимается равным 1,15 — для вертикальных скважин глубиной до 4000 м; 1,3 — для вертикальных скважин глубиной более 4000 м и для наклонных скважин.

Д = 2780-1930 = 850 м.

<?8 = 1'вЧ8 = 850• 0,028 = 23,8 т.

314

Длина секции труб с б = 7 мм при астР = 1,15 будет равна

т. e. эти трубы могут быть установлены в интервале 1930—1327 м. Выше устанавливаем трубы с б = 8 мм

85

-(8,26+ 15+ 23,8+ 15)

Эти трубы будут установлены в интервале 1327—897 м.

Эти трубы будут установлены в интервале 897—482 м.

Эти трубы будут установлены в интервале 482—102 м.

Для верхней секции принимаем трубы с б = 11 мм и получаем

Проверяем гидростатическое давление глинистого раствора на участке подошвы верхнего водоносного горизонта в пределах це­ ментного кольца

гДе Угл р — удельный вес глинистого раствора в гс/см3; ув — удель­ ный вес воды в гс/см3; — начальное значение СНС глинистого раствора в гс/см2; х2 — конечное значение СНС глинистого раствора

что находится в пределах допустимой величины.

Результаты расчета эксплуатационной колонны на прочность приведены в табл. 63.

315

Т а б л и ц а 63

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПРОМЕЖУТОЧНОЙ КОЛОННЫ НА ПРОЧНОСТЬ

Методика расчета промежуточной колонны на прочность зависит от цели и глубины ее спуска, условий бурения скважины и т. и. Промежуточная колонна рассчитывается на растяжение. Расчет на смятие делается только тогда, когда имеется опасность поглоще­ ния или выброса промывочной жидкости из скважины при бурении после спуска промежуточной колонны или когда скважину после спуска колонны бурят на растворе меньшего удельного веса по срав­ нению с удельным весом раствора, находящегося за колонной.

Промежуточные колонны, несущие противовыбросовое оборудо­ вание, рассчитываются на максимально возможное внутреннее давление при выбросе.

Расчет промежуточной колонны начинают с нижней секции, толщина стенки друб которой зависит от длины выхода инструмента за башмак колонны, количества спуско-подъемных операций и раз­ ности удельных весов глинистых растворов в колонне и за колонной. В процессе бурения скважины под эксплуатационную колонну низ промежуточной колонны подвергается динамическим нагрузкам со стороны бурильного инструмента. Поэтому нижние 100 м труб рекомендуется брать более толстостенными. После этого, выбрав минимальную толщину стенки труб и группу прочности стали, определяют наибольшую допустимую длину труб. Если эта длина равняется глубине спуска колонны, то всю колонну (за исключением нижних 100 м) составляют из этих труб. Если меньше — берут сле­ дующую толщину стенки и т. д.

После расчета на растяжение (страгивание) проверяют колонну на сопротивляемость избыточному наружному и внутреннему давле­ нию. Если после спуска промежуточной колонны бурение будет

316

продолжаться с промывкой утяжеленным глинистым раствором, удельный вес которого выше удельного веса жидкости за колонной, то

Р10

ющейся проверке, т. е. до трубы с наименьшей толщиной стенки, в м. Проверяют коэффициент запаса прочности на внутреннее давле­

ние.'

где рви — табличное значение внутреннего давления. Определяют также максимальное значение давления в конце цементирования

Р к ~ ОД (Я д . р — К ) (уц р — УгЛ. р)+ (0,02# +16).

Проверяют коэффициент запаса прочности на внутреннее давление для труб, расположенных на устье скважины,

Определяют безопасную глубину понижения уровня жидкости в ко­ лонне путем проверки на смятие только нижней секции труб

ЮРсм Нбез Угл. расм

гДе Рем — табличное значение сминающего давления в кгс/см2; аш — коэффициент запаса прочности на смятие.

Если вскрытие продуктивных пластов производится глинистым раствором, удельный вес которого меньше удельного веса раствора за колонной, то проверяют на смятие трубы с наименьшей толщиной

и не возникает надобности в изменении толщин стенок, то расчет колонны на этом заканчивается.

Задача 187. Рассчитать на прочность промежуточную колонну диаметром 219 мм, если глубина спуска колонны 2200 м; подъем

317

цементного раствора за колонной 600 м; удельный вес цементного раствора 1,84 гс/см3; удельный вес глинистого раствора за колонной 1,25 гс/см3; глубина скважины 3200 м; удельный вес раствора после спуска колонны изменяется дважды: сначала 1,1 гс/см3, затем 1,6 гс/см3. Высота цементного стакана 20 м. При удельном весе раствора 1,1 гс/см3 возможно частичное снижение уровня раствора в скважине в результате поглощения на 200 м.

Решение. Учитывая значительный выход инструмента из-под баш­ мака колонны, принимаем нижние 100 м труб с толщиной стенки

Определяем дополнительное усилие при цементировании

<?доп = (Рг + Рст)

где р г — давление, затрачиваемое на преодоление гидравлических потерь,

рг = 0,0277+16.

77 — глубина спуска колонны в м.

рг = 0,02 • 2200 + 1 6 = 56 кгс/см2.

Принимаем сталь группы прочности Д (пт = 38 кгс/мм2) и опре­ деляем допустимую длину секции труб с толщиной стенки 7 мм

318

Я = гД+ гД+ гД6 + гД= 1130 + 332 + 523 + 215 = 2200 м.

Общий вес колонны составляет 96,26 т. Результаты расчетов сводим в табл. 64.

Определяем избыточное наружное давление при переходе на рас­ твор удельного веса 1,6 гс/см3

р = 7ут~гд--р -^ р Я , = (2200 - 600) = 56 кгс/см2.

Определяем коэффициент запаса прочности на внутреннее дав­ ление

319