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

равна 1700 — 300 = 1400 м. Вес четвертой секции труб составляет

24,9-1400 = 34 800 кг = 34,8 т.

Пятую секцию принимаем из труб стали группы прочности Д с толщиной стенки 8 мм.

Определим дополнительную нагрузку, возникающую при цементировании,

(обозначения см. в задаче 187).

Сдоп = 1(0,01 - 2500 + 8) -h 20] 0,785 • 12,62 = 6600 кгс = 6,6 тс.

340

Обсадные колонны, сваренные методом контактной сварки опла­ влением, рассчитываются по прочности тела трубы

в теле трубы достигают предела текучести, в тс; <?тах — фактическая растягивающая нагрузка в тс.

а — 130 — 1 75

« р а с т - 67j7 + 6i6 - Г ,'О ,

что вполне удовлетворяет техническим требованиям. Для минимальной толщины стенки (7 мм).

S aCT- ( 6 7 , 7 + 6 ,6 ) - 8 , 4 ~

что также достаточно.

Задача 204. Определить максимальную глубину спуска свар­ ной 146-мм обсадной колонны, составленной из труб стали группы прочности К с толщиной стенки 11 мм, сварка электродуговая встык. Давление в момент посадки пробки 50 кгс/см2.

Решение. Максимальная глубина спуска колонны определяется по формуле

ЯМах = Чараст I26 (D + d) 0Т- ^ 2] =

Задача 205. Определить коэффициент запаса прочности на растя­ жение при следующих условиях: сварная обсадная 146-мм колонна спущена на глубину 3400 м; материал труб — сталь группы проч­ ности Д; толщина стенки труб 10 мм; сварка электродуговая встык.

Решение. Определяем прочность сварного шва по формуле

что достаточно.

341

Коэффициент запаса прочности на растягивающее усилие должен быть равен 1,15 -+ 1,30 [63].

П р и м е ч а н и е . Для муфтового или раструбного соединения кроме проч­ ности сварного шва определяем прочность труб в наиболее ослабленном месте, т. е. в проточках.

РАСЧЕТ НАТЯЖЕНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

Задача 206. Определить величину натяжения обсадной колонны при оборудовании устья скважины, если глубина скважины 3500 м; диаметр обсадной колонны 146 мм; средняя толщина стенки труб 10 мм; удельный вес глинистого раствора за колонной 1,25 тс/м3, удельный вес жидкости в колонне 0,85 тс/м3; среднее изменение тем­ пературы по длине обсадной колонны 20 °С; толщина стенки труб на устье скважины 12 мм; высота подъема цементного раствора за колонной при условии надежной изоляции продуктивных пластов

800 м.

Решение. Определяем высоту подъема цементного раствора за обсадной колонной при условии предупреждения продольного изгиба от действия температуры и давления (для нефтяной скважины).

172Afcp+ mff (уГл. р —Yh) + "i# oYh

в 'С; т — ко&ффициент, величина которого представляет собой от­ ношение наружного диаметра к сумме средних толщин стенок трубы.

Определяем величину устьевого натяжения колонны

в жидкости в кг; а — коэффициент линейного расширения металла при нагревании на 1 °С, принимается равным 12*10~6; Е — модуль упругости в кгс/см2; р — коэффициент Пуассона, принимается рав­ ным 0,3; Яц р ф — фактическая высота подъема цементного раствора

342

за колонной в см; F — площадь поперечного сечения обсадной ко­ лонны на устье в см2.

<Зсв = д ( Я - Я ц. р. ф) ( 1 - ^ - ) =

= 34,4 (3500 —800) (1 - -Щ -) = 78 000 кг.

Здесь q — вес 1 м обсадной колонны в кг; ум — удельный вес мате­ риала труб в т/м3.

где t x — температура обсадной колонны на устье по геотермическому градиенту;. t2 — температура обсадной колонны на границе с цементным кольцом по геотер­ мическому градиенту,

t0 — температура на забое; t, — температура обсадной колонны на устье при. эксплуатации; — температура обсадной колонны на границе с цементным, кольцом при эксплуатации,

Задача 207. Определить величину натяжения обсадной колонны в фонтанирующей скважине при следующих условиях: глубина скважины Я = 3200 м; высота подъема цементного раствора за ко­

343

Решение. Натяжение колонны производим после ее разгрузки на забой. Определяем среднюю площадь сечения труб.

рF x k k F ^ k

Средний внутренний диаметр, соответствующий площади 41 см2, равен 12,6 см.

Определяем приближенное значение средней температуры на­ гревания колонны

(к —+ )+ (tj—12)

где t x я 12 — температура по геотермическому градиенту; tB и t4 температура жидкости, движущейся по колонне. Принимаем к —

= 12 °С.

PQ= aEFcp At = 12 -10-6 -2,1 -10®• 41 • 26,25 = 27 000 кгс = 27 тс.

Здесь а — коэффициент линейного расширения.

.344

Определяем величину А (растягивающее усилие от внутреннего давления)

А = 0,31pBdlH,

где рв — внутреннее давление в колонне в кгс/см2; dBH— внутрен­ ний диаметр .колонны.

А = 0,31 • 320 • 12,б2 = 15 900 кгс = 16 тс.

Определяем величину В (осевое усилие от разности гидростати­ ческих давлений)

В = 0,0545ZCB(П2угл. р — <%нУн),

где D — наружный диаметр труб; угл р — удельный вес глинистогораствора; ун — удельный вес нефти.

В = 0,0545 • 2000 (14,62 • 1,25 —12,62 • 0,85) = 14 400 кгс = 14,4 тс.

Определяем усилие натяжения из условий

лонне в результате воздействия внешнего и внутреннего гидроста­

345

Проверим условие прочности для верхней трубы третьей секции

(? с т р

а с т р - Q u - Q i + P i - P a

что вполне достаточно (больше 1,15).

П р и м е ч а н и е . Если коэффициент запаса прочности меньше допустимой величины, необходимо использовать для третьей секции трубы из стали группы прочности Е или увеличить высоту подъема цементного раствора за колонной. Для фонтанирующей скважины лучше второй вариант. Для новой высоты подъема цементного раствора определяем усилие натяжения аналогичным образом и про­ веряем условия прочности колонны для новых условий.

РАСЧЕТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН

Основной целью цементирования скважины является получение прочного, водогазонефтенепроницаемого, концентрично располо­ женного в затрубном пространстве кольца цементного камня, кото­ рый по всей высоте обеспечивал бы разобщение и надежную изоля­ цию вскрытых скважиной продуктивных горизонтов и зон осложне­ ний.

В настоящее время наиболее распространены следующие способы цементирования скважины: одноступенчатое, двухступенчатое, ман­ жетное, цементирование хвостовика и колонн, спускаемых секциями, цементирование по методу Н. К. Байбакова. Способ цементирования выбирается для каждой конкретной скважины в зависимости от температуры в ее стволе, опасности поглощения при заданной высоте подъема цементного раствора и возникновения затрубных проявле­ ний в период ОЗЦ.

Для успешного цементирования скважины рекомендуется в про­ цессе цементирования расхаживать колонну в интервале 2—10 м, обеспечивать разность удельных весов цементного раствора и промы­ вочной жидкости не менее 0,2 гс/см3, закачивать буферную порцию воды перед началомподачи цементного раствора, обеспечивать скорость восходящего потока цементного раствора в затрубном пространстве не менее 1,5 м/с для промежуточных колонн и 1,8—2,0 м/с — для эксплуатационных (если возникающие гидродинамические да­ вления не вызывают опасности гидроразрыва пластов и вследствие этого поглощения промывочной жидкости), последние 1—2 м3 про­ качивать одним-двумя цементировочными агрегатами. Время це­ ментирования не должно превышать 75% времени начала схватыва­ ния цементного раствора.

Исходными данными для расчета любого метода цементирования являются диаметр долота для бурения под данную обсадную колонну; диаметр и глубина спуска обсадной колонны; высота подъема цемент­ ного раствора за колонной; высота цементного стакана в колонне; удельный вес промывочной жидкости; удельный вес цемента; тол­ щины стенок труб обсадной колонны (по секциям).

346

Расчет цементирования скважины сводится к определению по­ требного количества сухого цемента, воды, продавочной жидкости; конечного давления при цементировании; продолжительности це­ ментирования; количества цементировочных агрегатов и цементо­ смесительных машин.

Одноступенчатое цементирование

Задача 208. Произвести расчет одноступенчатого цементирования эксплуатационной колонны диаметром 146 мм, спущенной на глу­ бину 3200 м, если диаметр долота для бурения под колонну 190 мм; высота подъема цементного раствора за колонной 1000 м; глубина спуска предыдущей (промежуточной) колонны 2200 м; ее внутрен­ ний диаметр 201 мм; удельный вес промывочной жидкости (в сква­ жине и продавочной) 1,32 гс/см3; коэффициент, учитывающий коли­ чество цементного раствора, необходимое для заполнения каверн, трещин и дополнительного объема скважины вследствие увеличения ее диаметра против расчетного, 1,25; высота цементного стакана 10 м; внутренний (средний) диаметр эксплуатационной колонны 124 мм; среднегодовая температура воздуха 10 °С.

Решение. Определяем потребное количество цементного раствора

где DtKB — диаметр скважины в м.

К — коэффициент увеличения диаметра ствола скважины; Пдол — диаметр долота в м.

Джи =1.25 -0,190 = 0,238 м.

dH— наружный диаметр эксплуатационной колонны в м; dB— внутренний диаметр эксплуатационной колонны в м; DB п к — внутренний диаметр промежуточной колонны в м; Н х — высота подъема цементного раствора за эксплуатационной колонной до башмака промежуточной колонны в м; Н г — высота подъема це­ ментного раствора за эксплуатационной колонной внутри промежу­ точной колонны в м; h — высота цементного стакана в эксплуата­ ционной колонне в м.

Рц р = 0,785[(0,2382 —0Д462) 1000+ (0:2013 —0,1462) 100 +

+ 0,1242 *10] = 29,2 м3.

Определяем удельный вес цементного раствора

Y u,Yb ( l + m )

^ц- р ~ toYu+Ye ’

где уц, ув — соответственно удельный вес сухого цемента и воды.

347

вление, создаваемое разностью удельных весов цементного и глини­ стого растворов.

348

Яц р — общая высота подъема цементного раствора, Яц = II1 +

— Я 2 в м; упр р— удельный вес продавочного глинистого раствора в гс/см3.

В нашем случае

По величине конечного давления выбираем цементировочный агрегат ЦА-300 (диаметр втулки 100 мм). Характеристика цементи­ ровочных агрегатов приведена в табл. 70—72.

Характеристика ЦА-300

Т а б л и ц а 70

349