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

Определяем максимальное давление в конце цементирования

рк= 0,1 (Яц. р- h ) (уц. р- Угл. Р) + (0,02# +16) =

= 0,1 (600 - 20) (1,84 — 1,25) + (0,02.2200 +16) = 94,2 кгс/см2.

Определяем коэффициент запаса прочности на внутреннее давле­ ние для труб с S = 11 мм

Полученного допустимого понижения уровня жидкости в колонне при нормальных условиях работы не будет.

Определяем возможность смятия труб при переходе на раствор удельного веса 1,1 гс/см3

Полученные коэффициенты запаса прочности вполне достаточны. Задача 188. Рассчитать на прочность промежуточную колонну диаметром 219 мм, спускаемую на глубину 2550 м, если подъем цементного раствора за колонной до устья скважины; выход инстру­ мента из-под башмака промежуточной колонны 900 м; удельный вес цементного раствора 1,84 гс/см3; удельный вес глинистого раствора

1,3 гс/см3; высота цементного стакана 20 м.

Решение. Учитывая длину колонны и предполагаемый выход инструмента за башмак промежуточной колонны, принимаем ниж­ ние 100 м труб с толщиной стенки 11 мм (для упрочнения низа ко­ лонны против износа его истиранием при бурении под эксплуатацион­ ную колонну). Вес этой секции труб равен

(?11и ?11^Ш

где qxl — вес 1 м труб с толщиной стенки 11 мм; /1Х — длина сек­ ции труб с толщиной стенки 11 мм.

Qn = 57,9 • 100 = 5790 кг = 5,79 т.

Определяем дополнительное усилие при цементировании

<?доп = (Рг + Р е т ) - ^ .

320

где pt — давление, затрачиваемое на преодоление гидравлических потерь,

рг —0,02#+ 16 .

Н — глубина спуска колонны в м.

рг = 0,02 • 2550 + 1 6 = 67 кгс/см2.

р сг == 15 20 кгс/см2 — давление, возникающее при посадке проб­ ки на кольцо «стоп», <7ВН— внутренний диаметр труб в месте уста­ новки упорного кольца «стоп» в см.

<?доп = (67 + 20) 0,785 • 19,72 = 26 500 кгс = 26,5 тс.

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

Вес этой секции труб составляет Qtl = 21,7 т.

Определяем допустимую длину секции труб с толщиной стенки

12,5 мм

210

П р и м е ч а н и е . Потери веса колонны при погружении ее в глинистый раствор компенсируются трением обсадной колонны о стенки скважины.

Проверяем, выдержат ли трубы внутреннее давление, возника­ ющее в конце цементирования скважины.

Определяем это давление.

Рк = ОД (Яц. р — Щ(уц р — Угл. р) + 0,027/-|-16,

где Яц р — высота подъема цементного раствора за колонной в м;

Н — глубина спуска колонны в м; уц р — удельный вес цементного раствора в гс/см3; угл — удельный вес глинистого раствора в гс/см3; h — высота цементного стакана в м.

рк= 0,1 (2550 —20) (1,84— 1,3) + 0,02 *2550 + 1 6 =.203,6 кгс/см2.

Определяем коэффициент запаса прочности на внутреннее давле­ ние для труб, установленных на устье скважины,

Рвн

Рк

гДе Рвк — величина внутреннего давления для труб с толщиной стенки 12,5 мм.

435

®вн 2,14,

203,6

' что превышает требуемую величину.

322

Проверку труб на смятие не производим, так как цементный раствор поднимается до устья скважины. •

РАСЧЕТ КОНДУКТОРА НА ПРОЧНОСТЬ

Кондуктор рассчитывается только на растяжение.

Задача 189. Рассчитать кондуктор диаметром 325 мм, спускаемый на глубину 280 м.

Решение. Принимаем сталь группы прочности С , толщину стенки

труб 9 мм.

Определяем коэффициент запаса прочности на страгивание

п—| ^стр

77<?9 + (? д о п

гДе (?стр — табличное значение страгивающего усилия для труб с толщиной стенки 9 мм в т; Н — глубина спуска кондуктора в м; q9— вес 1 м трубы с толщиной стенки 9 мм в т; QAon — дополнитель­ ная нагрузка, возникающая при цементировании, в тс.

что вполне соответствует требуемым условиям. Вес кондуктора составляет 20,4 т.

Задача 190. Определить минимальную глубину спуска кондук­ тора, исходя из условия сохранения уровня жидкости в нем при подъеме бурильных труб из скважины при следующих условиях: диаметр кондуктора 351 мм; толщина стенки труб кондуктора 10 мм; глубина спуска промежуточной колонны 1800 м; диаметр буриль­ ных труб для бурения под промежуточную колонну 127 мм; тол­ щина стенки бурильных труб 9 мм.

Решение. Минимальная глубина спуска кондуктора для выше­ указанных условий определяется по формуле

L —-у^- + Ю м,

где Fx — максимальный объем бурильных труб, спускаемых на глу­ бину до башмака следующей колонны, в м3; V — объем 1 м длины кондуктора в м3; 10 м — величина, которой мы задаемся и ниже которой жидкость в кондукторе не должна опускаться.

Тогда

Fi = -J (#8.

где D6 т — внешний диаметр бурильных труб в м; dBfi — внутрен­ ний диаметр бурильных труб в м; Н — глубина спуска промежуточ­ ной колонны в м.

= 0,785 (0,1272 - 0,1092) 1800 ^ 6 м3.

V = ~ d l ,

где dBH к — внутренний диаметр кондуктора в м.

F = 0,785.3312 = 0,086 м3.

Тогда

z'= 'o^6' + 10^ 80 м-

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ НИЗА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ НА ПРОЧНОСТЬ

Задача 191. Низ обсадной колонны оборудуется башмачным патрубком, диаметр отверстий на котором составляет 25 мм. Суммар­ ная производительность цементировочных агрегатов 6 м3/мин. Опре­ делить количество отверстий в башмачном патрубке, расстояние между центрами отверстий и длину патрубка, если его диаметр

146 мм.

Решение. Количество отверстий, размещенных по винтовой ли­ нии, определяется по формуле

где Q — суммарная производительность цементировочных агрегатов в м3/мин; v — скорость струи цементного раствора на выходе из баш­ мачного патрубка в м/с (v принимается 20—25 м/с); F — площадь сечения одного отверстия на башмачном патрубке в м2.

22 • 60 • 0,785 • 0,0252

Определяем длину патрубка:

h = (n— 1)60,

где 60 — расстояние между центрами этих отверстий по вертикали в мм.

h = (10 —1) 60 = 540 мм.

Определяем расстояние между центрами отверстий по горизонтали

324

Задача 192. Определить количество направляющих фонарей (центраторов) для оборудования низа обсадной колонны диаметром 146 мм, если при посадке ее на забой нагрузка на крюке будет умень­ шена на 4 тс. Толщина стенки труб 10 мм.

Решение. Определяем критическую длину сжатого участка ко­ лонны, превышение которой приводит к продольному изгибу,

1,9

->кр- V ■

где Е — модуль упругости, равный 2,1 •10е кгс/см2; I — момент инерции сечения трубы в см4.

Определяем количество фонарей

П р и м е ч а н и е . Если обсадная колонна спущена без разгрузки на за­ бой, то центраторы устанавливаются по данным кавернометрии. Вблизи продук­ тивных горизонтов, пластов центраторы устанавливаются на расстоянии не ме­ нее 10—12 м, а также в кровле и подошве каждого пласта.

Задача 193. Определить количество центраторов для обсадной колонны диаметром 146 мм при следующих условиях: глубина сква­ жины 3200 м; высота подъема цементного раствора 1000 м; диаметр скважины 190 мм; внутренний диаметр колонны 126 мм; удельный вес цементного раствора 1,84 гс/см3; удельный вес глинистого и продавочного растворов 1,28 гс/см3; угол наклона ствола скважины 30°; интервал центрирования 1000 м. Ствол скважины в данном интер­ вале не имеет каверн.

325

Решение. Определяем длину сжатого участка колонны по фор­ муле

ного раствора в м; уц_р, угл р, упр — удельный вес цементного, гли­ нистого и продавочного растворов в гс/см3; Н — глубина скважины в м; q — вес 1 м колонны в кг; с?вн — внутренний диаметр колонны в см.

Определяем расстояние между центраторами в пределах сжатого участка колонны. По данным табл. 47 приложения находим, что

8330г

т= -g-g- = 85 тт.

Определяем нагрузку, растягивающую интервал обсадной ко­ лонны от последнего центратора до сжатого участка, по следующей формуле:

где Дд — интервал центрирования обсадной колонны.]

Q = 34,3 (1000 —833) cos 30° = 34,3 • 167.0,866 = 4960 кгс.

Определяем глубину установки последнего центратора по фор­ муле

Z0= J / A + \fA* + B,

326

ния); /ц — прогиб планок центратора при действии на него нагрузки от горизонтальной составляющей веса труб в зоне центрирования (см. табл. 47 приложения); EI — жесткость труб обсадной колонны; qr = qо sin а — горизонтальная составляющая веса 1 см трубы обсадной колонны в буровом растворе (для угл. р = 1,2—2,2 гс/см3

Определяем количество центраторов в интервале центрирования растянутого участка

n = -j-L-, tcp

где Ь ъ — интервал центрирования в пределах растянутого участка.

7/2 = -^ц —Z.i = 1000 —833 = 167 м.

Определяем общее количество центраторов, необходимое для цен­ трирования колонны в зоне цементирования,

7£= m + rc = 85 + 17 = 102 шт.

Задача 194. Рассчитать на прочность обратный клапан, устана­ вливаемый на обсадной колонне диаметром 219 мм, если толщина стенки труб 11 мм (в месте установки клапана); удельный вес гли­ нистого раствора за колонной 1,25 тс/м3.

Решение. Определяем интервал допустимой глубины спуска пу­ стой колонны без подкачки раствора

h = 10рсмр ,

327

гДе Рем — допустимое сминающее давление для самых слабых труб

К = R |/ ф

Ги и зг

где R — внутренний радиус трубы в см; ф — коэффициент, завися­ щий от способа крепления клапана, равный 0,8—1,2; сгизг — допу­ стимое напряжение изгиба, которое для чугуна принимается рав­ ным 300—400 кгс/см2, а для бронзы 800 кгс/см2.

К = 9-85 ]/0 ,8 - щ = 3,68 см.

Задача 195. Определить, какую толщину будет иметь тарелка обратного клапана, который устанавливается внизу обсадной ко­ лонны диаметром 219 мм на глубине 2000 м, если удельный вес гли­ нистого раствора за колонной 1,25 тс/м3; толщина стенки труб 11 мм; колонна спускается без долива жидкости.

Решение. Определяем давление глинистого раствора на клапан

Нугл.р

Р== 16

где Н — глубина установки клапана в колонне от устья скважины в м; угл р — удельный вес глинистого раствора в тс/м3.

Определяем толщину тарелки клапана по формуле

hT=

где R — внутренний радиус трубы в см; ф — коэффициент, [равный 0,8—1,2; аизг — допустимое напряжение изгиба, которое для чу­ гуна принимается равным 300 кгс/см2.

/iT= 9 ,8 5 j/l,0 - |^ «*9 см.

328

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЛИНЕНИЯ И РАЗГРУЗКИ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Задача 196. Определить удлинение обсадной колонны в резуль­ тате растяжения под действием собственного веса, если диаметр обсадной колонны 219 мм; толщина стенки труб 12,5 мм; глубина спуска обсадной колонны 1900 м.

Решение. Определяем вес обсадной колонны

Q = gL,

где q — вес 1 м обсадной колонны в кг; L — глубина спуска обсад­ ной колонны в м.

<? = 65,2-1900 = 124 000 кг.

Определяем площадь сечения труб по формуле

F = ?-{D*-d*),

где D — наружный диаметр обсадных труб в см; d — внутренний диаметр обсадных труб в см;

F — 0,185 (21,92 — 19,42) = 83 см2.

Определяем удлинение обсадной колонны

где Е — модуль упругости в кгс/см2.

, 124000-190 000

135 см.

А ^ 2,1 •10в . 83

Задача 197. Определить, на сколько разгрузится в своем весе обсадная колонна диаметром 219 мм, если спускать ее с обратным клапаном без долива в скважину глубиной 2000 м, заполненную глинистым раствором плотностью 1,25 г/см3. Толщина стенки об­ садных труб 9,5 мм.

Решение. Определяем вес обсадной колонны

Qi = Lq,

где L — глубина спуска обсадной колонны в м; q — вес 1 м обсад­ ной колонны в кг.

&«■ 2000.50,6 = 101 200 кг = 101,2 т.

Определяем вытесняемый объем глинистого раствора

V 1== 4 L,

329