4 Розрахунок експлуатаційної колони на міцність

Вихідні дані для розрахунку:

Глибина спуску колони Н, м 3670

Зовнішній діаметр експлуатаційної колони d_{ЗЕК 1}, мм 140

Зовнішній діаметр експлуатаційної колони d_{ЗЕК 2}, мм 168

Глибина спуску попередньої обсадної колони Н_ПК, м 3340

Віддаль від устя до рівня тампонажного розчину

за експлуатаційною колоною Н, м 0

Густина рідини яка знаходиться в порах

тампонажного каменю  , 1100

Тиск в експлуатаційній колоні на кінець експлуатації

свердловини Р, Мпа 1,0

Пластовий тиск Р, МПа 39,42

Густина опресовочної рідини , 1000

Відносна густина газу за повітрям  0,6

Коефіцієнти запасу міцності:

а) на зовнішній надлишковий тиск:

в інтервалі залягання продуктивного горизонту n₁ 1,2

вище залягання продуктивного горизонту n₁ 1,0

б) на внутрішній надлишковий тискn₂ 1,15

в)на розтяг n₃ 1,75

4.1 Розрахунок надлишкових тисків

Зовнішній надлишковий тиск Р, що діє на нижню частину експлуатаційної колони буде найбільшим на кінцевій стадії роботи свердловини, тобто коли внутрішній тиск в колоні буде мінімальним. У загальному випадку зовнішній надлишковий тиск визначається як різниця між зовнішнім і внутрішнім тисками, що діють на колону для одного і того ж періоду:

- закінчення цементування;

- випробування колони на герметичність із зниженням рівня;

- освоєння свердловини;

- закінчення експлуатації.

Р = Р - Р ; (4.1)

Д

1

ля газової свердловини зовнішній надлишковий тиск визначається на момент закінчення експлуатації.

Н



Н



2

3

Рисунок 4.1 - Розрахункова схема.

1. Р = 0

2. Р =  g Н_ПК - Р е

S = 0,0001  Н_ПК

S = 0,0001 · 0,6 · 3340 = 0,2004

Р = 1100 · 9,81 · 3340 – 10⁶ · 2,718^0,2004=34,8 · 10⁶Па= 34,8 МПа

3. Р =  g Н - Р е

S = 0,0001  H

S = 0,0001 · 0,6 · 3670 = 0,2202

Р = =38,4· 10Па= 38,4 МПа

На основі одержаних результатів будуємо епюру зовнішнього надлишкового тиску (див. рис.4.3)

Внутрішній надлишковий тиск визначається як різниця між внутішнім та зовнішнім тисками, що діють на колону для одного і того ж періоду.

Р = Р - Р (4.2)

Найбільших значень Р досягає на усті свердловини так, як зовнішній тиск в цьому перерізі відсутній.

Внутрішній тиск на усті свердловини визначають для періоду опресування колони. Величина тиску опресування повинна перевищувати не менше 10 % величину max. можливого тиску на усті в період роботи свердловини.

Н

Н



1

2

3



Рисунок 4.2 - Розрахункова схема.

1. Р = Р = 1,1 Р =

S = 0,0001  H

S = 0,0001 · 0,6 · 3670 = 0,2202

Р = =34,8· 10⁶Па =34,8 МПа

Одержане значення порівнюємо з табличним:

• для туб діаметром 140 мм - Р = 12,5 МПа

• для туб діаметром 168 мм - Р = 11,5 МПа

Кінцевий тиск шукаємо окремо для кожної секції.

Для нижньої секції

Р = 1,1·(Р+ Р)

Р= 9,81 (1800 - 1190) (3670 - 1850 - 30 ) = 10,7· 10Па=10,7 МПа

Р = ( 0,002 · 3670 + 16 )· 10 = 8,94· 10Па=8,94 МПа

Р = ( 10,7+ 8,94 ) ·1,1 = 21,6· 10Па=21,6 МПа

Знаходимо кінцевий тиск для верхньої секції

Р₂ = 9,81 ( 1850 - 1190 ) ·1850 = 11,8· 10Па=11,8 МПа

Рг₂ = ( 0,002 · 1850 +16 ) 10 = 5,3· 10Па=5,3 МПа

Рк₂ = ( 11,8 + 5,3 ) 1,1 = 18,81· 10Па=18,81 МПа

Із 5-ох значень вибираємо найбільше, яке і будемо використовувати для подальших розрахунків.

Р = 34,8 МПа

2. Р = Р +  g H_ПК -  g H_ПК

Р = 34,8· 10 + (1000-1100 ) 9,81 · 3340 = 31,5· 10Па=31,5 МПа

3. Р = Р +  g H - Рпл

Рвн = 34,8 · 10+ 1000 · 9,81 · 3670 – 39,42 · 10= 31,4· 10Па=31,4 МПа

На основі одержаних результатів будуємо епюру внутрішнього надлишкового тиску (4.3).