2.2. Пример расчета глубины спуска нкт при фонтанной эксплуатации скважин Задача 1
Исходя из условий прочности НКТ на разрыв в опасном сечении, на страгивающие нагрузки в резьбовом соединении и на внутреннее давление, определить глубину спуска ступеней колонны гладких насосно-компрессорных труб с треугольной резьбой из стали групп прочности «Д», «К» общей длиной 2700 м для фонтанирующей скважины глубиной 2800 м, имеющей обсадную колонну диаметром 127 х 10,4 мм. При расчете пренебрегаем потерей веса колонны труб в жидкости, так так уровень жидкости в межтрубном пространстве во время работы может быть оттеснен до башмака колонны труб.
Решение
Примем за 1-ю секцию гладкие НКТ 73 х 7 из стали групп прочности «Д» (σт = 380 МПа).
Страгивающую нагрузку определим по формуле (2.11). Недостающие данные возьмем из табл. 2.1. Найдем:
Предельную нагрузку определим по формуле (2.12):
.
Выбрав страгивающую нагрузку за расчетную как наименьшую, определим допустимую глубину спуска секции НКТ по формуле (2.13):
.
Поскольку 2030 м < 2900 м, для верхней секции берем больший размер:
НКТ 60 х 5 мм; q12 = 6,96 кг/м;L= 29,3;h1 = 1,41 мм.
Находим:
Предельная нагрузка
так как и в этом случае Рпр2 > Рстр 2, за расчетную нагрузку принимаем Рстр. Длина 2-й секции
Таким образом, суммарная длина колонны составит 2030 + 965 + 2995 м > 2900 м.
Минимальный зазор с обсадной колонной составит S= 114 - 2·7,4 -Dм нкт = 99,2 - 73 = 26,2 мм.
Допустимое внутреннее давление для нижней трубы НКТ 48 х 4 мм (формула (2.14))
Определяем фактическое внутреннее давление трубы, по формуле (2.15) при плотности добываемой жидкости ρж = 850 кг/м3; Рбуф = 0,5 МПа:
.
Следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна НКТ проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.
2.3. Пример расчета глубины спуска ступенчатой нкт при фонтанной эксплуатации скважин Задача 2
Определить глубину спуска ступенчатой колонны типа НКБ с трапецеидальной резьбой из стали групп прочности «Д» для фонтанирующей скважины глубиной 3000 м, имеющей эксплуатационную колонну диаметром 73 x 5,5 мм. При расчете пренебрегаем потерей веса колонны труб в жидкости, так как уровень жидкости в межтрубном пространстве во время работы может быть оттеснен до башмака колонны труб.
Решение
Предположим, что из условия пропускной способности нижняя секция определена как НКБ 60 x 5 мм. Принимаем группу прочности «Д» (σт = 380 МПа) для нижней секции. Определим страгивающую нагрузку по формуле (2.11). Внутренний диаметр d = D - 2·δ = 60,3 - 2·5 = 50,3 мм.
Толщина стенки под резьбой ниппеля
.
Угол α для трапецеидальной резьбы (ГОСТ 633-80)
.
Угол трения φ 3°, так как при больших значениях φ сtg(α +φ) будет отрицательный и страгивающая нагрузка будет неоправданно возрастать. Следовательно,ctg(α +φ) = 0 и формула (2.11) преобразуется для трапецеидальной резьбы:
,
(2.11')
Тогда
.
Для проверки определим страгивающую нагрузку относительно муфтовой части трубы. Толщина стенки над резьбой муфтовой части
.
В расчетной плоскости муфты (b- 3,06)/(44 - 13) = 1 : 12. Отсюда
.
По формуле (2.11') страгивающая нагрузка для муфтовой части
,
что превышает Рстр для трубы.
Предельную нагрузку определим по основному телу трубы как имеющую наименьшую толщину стенки по формуле (2.12):
.
Следовательно, за расчетную нагрузку следует принимать предельную как наименьшую. Длина 1-й секции
.
Для второй секции используем НКБ 73 х 5,5 мм; гр. прочности «Д»; q= 9,5 кг/м.
Определим Рстр по формуле (2.11). Находим внутренний диаметр d= 73 - 2·5,5 = 62 мм.
Толщина стенки под резьбой ниппеля
;
;
.
Предельная нагрузка по основному телу трубы по формуле (2.12)
.
Следовательно, и для этих труб расчетной будет предельная нагрузка.
Длина 2-й секции
.
Таким образом, суммарная длина колонны составят
.
Минимальный зазор с обсадной колонной составит
.
Допустимое внутреннее давление для нижней трубы НКБ 60 х 5 мм (формула (2.14))
.
Определяем фактическое внутреннее давление трубы по формуле (2.15) при плотности добываемой жидкости ρж = 900 кг/м3, Рбуф= 0;
.
Рф < Рвн, следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.