книги из ГПНТБ / Шацов Н.И. Разобщение пластов в нефтяных и газовых скважинах (конструкции, крепление и цементирование скважин)

наружное давление станет равным

PiкРс,

Для сечений, расположенных выше уровня жидкости, и

ния в зацементированной зоне колонны для всех возможных случаев.

В формулах (VII. 7), (VII. 9), (VII. 10) и (VII. И) следует под­ ставлять расстояния в метрах, а для получения давлений.в кило­ граммах на квадратный сантиметр, результаты вычислений необходимо умножать на 0,1.

Из шести формул (VII. 6)—(VII. 12) четыре (VII. 6), (VII. 9), (VII.10) и (VII. 12) служат для определения давлений, а две — для определения координат сечений, в которых наружное да­ вление доходит до гидростатического. При пользовании этими’ формулами сначала по данным условиям задачи определяют

63

характер изменения величин наружных давлений, а затем и сами расчетные давления.

По расположению уровней жидкости в колонне и цементного раствора за колонной, а также характеру изменения наружного давления вдоль зацементированной зоны колонны все возможные случаи делятся на три группы, каждая из которых представлена несколькими вариантами х.

На рис. 19 изображены графики давлений для всех семи ва­

меньше h. Расчетное давление вдоль всей зацементированной

ходится по формуле (VII. 10), а выше и до h — по формуле (VII. 12).

Вторая группа

Уровень жидкости в колонне ниже уровня подъема цемент­

3. Наружное давление по всей зацементированной зоне выше гидростатического. По формуле (VII. 11) вычисляется z«, которое оказывается меньше L. Определяемое второй раз zo по формуле (VII. 8) оказывается меньше h. Расчетное давление от забоя до L находится по формуле (VII. 10), а выше — по формуле (VII. 7).

4. Наружное давление в некотором сечении зацементирован­ ной зоны колонны, находящемся выше уровня жидкости в колонне, доходит до гидростатического.

По формуле (VII. 11) вычисляется zo, оказывающееся меньше L. Далее по формуле (VII. 8) второй раз определяют zu, которое в этом случае больше h. Расчетное давление от забоя до L нахо-

1 Две наклонные линии каждого варианта соответствуют гидростатиче­ ским давлениям (от устья и до забоя) столбов глинистого раствора и воды, при­ чем в зацементированной зоне участков линии глинистого раствора очерчены густо. Вторая жирная линия (в некоторых вариантах — ломаная) соответ­ ствует наружным давлениям в зацементированной зоне колонны после сни­ жения внутреннего давления.

64

На рис. 20 приведен график (сплошная линия) расчетных давлений, построенный по вычисленным значениям. Там же даны графики (пунктирные линии) для к = О1 (первая пунктир­ ная линия) и для условий, когда весь затрубный столб (от устья до забоя) является глинистым раствором (левая пунктирная линия).

=2500 м. Пример относится к третьей группе, так как L = Н. По формуле (VII. 8)

Так как zo > h, то имеем седьмой вариант. Расчетное да­ вление у забоя по формуле (VII. 7) будет

Рн = 0,1 [(1,83 - 0,25 • 1) 2500 - (1 - 0,25) (1,83 - 1,22) х X 1500 - 0,25 (1,83 — 1) 2500] = 275 кГ[см\ .

1 Случай соответствует наружному давлению, определяемому состав­ ным столбом цементного и глинистого растворов.

66

боя или у устья наибольшую толщину стенок, соответствующую эпюре AEFC, то окажется совершенно необоснованным, а потому и недопустимым значительный перерасход металла, оконтурен­ ный площадью EFK.

Можно существенно уменьшить перерасход металла, если конструировать колонну из разных толщин стенок или из разных

с проверки возможности применения минимальных толщин сте­ нок. Рассчитав колонну на сопротивление смятию и составив колонну из труб с несколькими толщинами стенок, проверяют, выдержит ли самая верхняя (и самая тонкая) труба вес всей колонны, т. е. рассчитывают на страгивающие нагрузки. В ре­ зультате расчета может оказаться, что верхний участок колонны будет представлен более толстыми трубами.

Окончательная эпюра может получить вид AELMNOPQ. Заштрихованная часть KELMNOPQFK представляет излишний {но минимальный) расход металла.

§ 2. Формулы для расчета колонн обсадных труб

Формула п р о ф. Ф. М. Яковлева для опре­ деления страгивающей нагрузки

У колонны обсадных труб наиболее слабым местом в отноше­ нии сопротивляемости растяжению является резьбовое соеди­ нение, а не тело трубы. Поэтому для определения допустимых растягивающих нагрузок рекомендуется пользоваться формулой

68

проф. Ф. М. Яковлева, определяющей величину так называемой страгивающей нагрузки, т. е. нагрузки, при которой в наиболее опасном (нагруженном) сечении напряжения достигают предела текучести металла труб [89].

сминающего давления для овальных

иразностенных труб [58, стр. 46]

условная расчетная средняя толщина стенок разностенной трубы в см, равная 0,925 б; Е — модуль упругости, Е — 2,1 • 106 кГ/см2; Ор — предел пропорциональности, принимаемый равным пределу

текучести, к кГ/см2; в — овальность трубы, е= 2 , где бис

полуоси овальной трубы [58, стр. 45] (согласно ГОСТ 632-57 для труб диаметром от 114 до 146 мм е = 0,025, а для больших диаметров е = 0,02).

Наряду с допусками на наружный диаметр трубы в ГОСТ 632-57 указываются допуски на толщину стенки трубы и на вес труб. О том, какое большое влияние оказывают допуски на ве­ личину сминающих давлений, можно судить по данным для 168-жж обсадных труб марки D, приведенных в табл. 21 [58].

69

В первой колонке приведены данные о давлениях, вычислен­ ных при возможно больших допусках, при наименьших расчетных толщинах и при овальности 0,02. Во второй колонке приведены величины сминающих давлений при тех же расчетных толщинах, но при овальности, уменьшенной в 2 раза, т. е. при е = 0,01. В третьем столбце приведены данные при значении двух допусков, уменьшенных в 2 раза, т. е. при 3% на вес труб и 6,25% на тол­ щину стенки, но при овальности 0,02. В четвертой колонке при­ ведены величины сминающих давлений при уменьшении в 2 раза всех допусков.

Втабл. 22 указаны значения сминающих давлений для сталей

сразличными пределами текучести и для различных значений овальности [57]. Из таблицы следует, что при ужесточении до­

пусков можно существенно сократить расход металла.

Формула Барлоу для определения внутреннего давления

где д — номинальная толщина стенки трубы в см\ D — наружный диаметр трубы в см; <тр — предел пропорциональности (текучести)

в кГ/см2.

Формула для определения растягивающей нагрузки в тело трубы, при которой напряжения достигают предела пропорциональности (текучести)

Рр = 0,785 (D2 — d2)ap,

где d — внутренний диаметр трубы в см.

В табл. 23 приведены данные о PGtP, рок, Рр, рвп для четырех размеров обсадных лруб с некоторыми толщинами стенок

[83].

Озапасах прочности

При определении страгивающей нагрузки по номинальным размерам трубы запас прочности по отношению к напряжениям, соответствующим пределу пропорциональности, принимается равным 1,3.

Если страгивающую нагрузку определяют с учетом мину­ сового допуска на толщину стенки, то запас прочности следует принимать равным 1,15.

71

Таблица 23

Показатели прочности обсадных труб