6.1.Определение наружных давлений

При определении наружных давлений (Рн), действующих на обсадную колонну, руководствуются следующими условиями.

В незацементированной зоне наружное давление на колонну на глубине z(от устья скважины до уровня цемента) определяют по формуле

Pн_z=_пж^. g ^. z при0  z  h, (6.1)

где _пж - плотность промывочной жидкости, за обсадной колонной;

h - глубина незацементированной части колнны (по вертикали).

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

Pн_z=_пж^. g ^. h + _цр^. g ^.( z-h) (6.2)

После затвердевания цемента в зацементированной зоне в интервале межколонного пространства (h  z  L₀)(закрепленном предыдущей колонной), наружное давление на глубине z (Pн_z) определяют по давлению составного столба бурового раствора и гидростатического столба воды плотностью _гс = 1100 кг/м³. При затворении цементного раствора минерализованной водой вместо _гс используется плотность этой жидкости (но в любом случае ее значение должно быть не менее 1100 кг/м³).

Pн_z=_пж^. g ^. h + _гс . g. (z – h) при h  z  L (6.3)

В зацементированной зоне открытого ствола (рис. 6.1) наружное давление на колонну после ОЗЦ определяют с учетом пластового или горного давления, а против непроницаемых устойчивых пород – по формуле (6.3).

В интервале пластов с известным пластовым давлением (рис. 6.1) наружное давление принимают равным пластовому и определяют для середины пласта, при его толщине менее 200 м.

Pн_z = Рпл_z (6.4)

В пластах толщиной более 200 м наружное давление в интервале пласта распределяется между кровлей и подошвой по линейной зависимости.

Расчет наружного давления в интервале залегания пород, склонных к текучести, производят по горному (геостатическому) давлению

Pн_z = _гп ^. g ^.z (6.5)

где _гп - плотность вышележащих горных пород.

Расчет по формуле (6.5) производят для интервала, равного толщине пласта + 100м (по 50 м выше кровли и ниже подошвы пласта).

Как правило, наружное давление определяют для характерных точек и распределение давления между ними принимают линейным (рис. 6.1).

В любом случае расчетное наружное давление, действующее на обсадную колонну, не может быть меньше гидростатического давления столба воды с плотностью _гс = 1100 кг/м³.

6.2. Определение внутренних давлений

При определении внутренних давлений (Рв), действующих на обсадную колонну, руководствуются следующими соображениями.

Для нефтяных скважин внутреннее давление на глубине z (Pв_z) в период ввода в эксплуатацию при закрытом устье определяют по формуле:

Pв_z= Pпл_L - _н g (L – z) при 0  z  L. (6.6)

где _н - плотность нефти.

Рис. 6.1 Эпюра наружных давлений

Расчет внутренних давлений в нефтяных скважинах при вызове притока, испытании на герметичность снижением уровня и по окончании эксплуатации (схемы б, в на рис. 6.2) производят по формулам:

Pв_z = 0 при 0  z  Н

Pв_z = _н^. g (z - Н) при Н  z  L. (6.7)

Внутреннее давление в колонне на глубине zпри выполнении работ, связанных с нагнетанием жидкости в скважину (интенсификация, гидроразрыв, ремонтные работы и др.) определяют по следующим формулам:

При отсутствии дополнительно спущенных труб и пакера (нагнетание непосредственно по колонне) (рис. 6.3а):

Pв_z=Pпл_L^ + P - _ж ^. g ^. ( L^’ – z) при 0  z  L. (6.8)

Давление на устье при z = 0

Pв_z= Рв_у = Pпл_L + P - _ж ^.g ^. L (6.9)

где: P- дополнительное давление (репрессия), необходимое для обеспечения выхода жидкости из колонны при ее закачке в пласт (определяется опытным путем, выдается геологической службой);

_ж - плотность жидкости закачиваемой в пласт.

По этим же формулам определяют внутреннее давление на глубине zпри нагнетании жидкости через дополнительно спущенную колонну труб с пакером на глубинеLп  L` и Lп  Lд(рис. 6.3б).

При расчете колонн для газовых скважин в период ввода их в эксплуатацию (рис. 6.2г) внутреннее давление на глубине z(Рв_z) определяют по формулам:

Рв_z = Pпл_L/е^S при 0  z  L; (6.10)

(6.11)

где: - коэффициент сжимаемости газа, он зависит от давления и температуры и обычно меняется в пределах 0,8 - 1,1;

- средняя температура по стволу скважины,⁰К;

Рис6.2 Схема уровней в нефтяных (а, б, в), газовых (г) и газожидкостных (д) скважинах

а б в

Рис 6.3 Расчетные схемы при нагнетании жидкости в скважину по

обсадной колонне (а) и нагнетании через дополнительную

колонну труб с пакером (б,в).

_ог- относительная плотность газа по воздуху. Для первых двух-трех разведочных скважин_огможно принять равным 0,6.

Распределение внутреннего давления по длине колонны допустимо принимать линейным и рассчитать по формуле:

(6.12)

где: Рв_L– внутреннее давление на глубинеL;

Рв_у – внутреннее давление на устье при его герметизации.

При L1000 м иРпл_L 10 МПа, а также приРпл_L 4,0 МПа и любой глубине пласта допустимо считать, что внутреннее давление по всей глубине скважины равно пластовому.

В качестве минимального внутреннего давления при окончании эксплуатации скважины принимают наименьшее устьевое и забойное давления (рис.6.2г).

При расчете колонн газонефтяных и газовых скважин, в которых при закрытом устье одновременно имеется столб нефти (жидкости) и газа (рис. 6.2д), на всех стадиях эксплуатации внутреннее давление определяют по формулам

приН  z  L; (6.13)

при 0  z  Н, (6.14)

где S определяют по формулам (6.10,6.11), подставляя вместоLзначениеH.

Значение HприPнас < Pпл_L, т.е. при наличии в пласте только нефти с растворенным газом, определяют по формуле:

, (6.15)

где _нпринимается по плотности нефти в пластовых условиях.

На участке от устья до глубины Нраспределение давления допустимо принимать линейным:

(6.16)

где иопределяют по формуле соответственно приz = 0 иz = H.

При Н< 1000 иРв_н< 10МПа, а также приРв_н4МПаи любыхН давление на участке от устья до глубиныНможно принимать постоянным и равным.

При Рнас > Рпл_LпринимаютH = L(колонна заполнена газом) и расчет внутреннего давления производят как для газовой скважины.