2.4. Соглосование диаметров обсадных колонн и долот.

На втором этапе разработки конструкции скважины после того, как было определено необходимое количество обсадных колонн, приступают к согласованию диаметров обсадных колонн и долот. Расчет диаметров ведется снизу вверх. За исходный размер принимается диаметр эксплуатационной колонны или конечный диаметр ствола скважины, если спуск обсадной колонны проектом не предусмотрен. Как было сказано выше, диаметр эксплуатационной колонны устанавливается заказчиком в зависимости от ожидаемого дебита нефтяной или газовой скважины или от диаметров технических средств, намеченных к использованию в скважине на поздней стадии разработки нефтяного месторождения.

Рекомендуемые диаметры эксплуатационных колонн в добывающих скважинах приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Рекомендуемые диаметры эксплуатационных колонн

Нефтяная скважина		Газовая скважина
Суммарный дебит, м3/сут	Ориентировочный диаметр, мм	Суммарный дебит, тыс. м3/сут	Ориентировочный диаметр, мм
<40 40-100 100-150 150-300 >300	114,3 127,0; 139,7 139,7; 146,1 168,3; 177,8 177,8; 193,7	<75 75-250 250-500 500-1000 1000-5000	114,3 114,3-146,1 146,1-177,8 168,3-219,1 219,1-273,1

Таблица 2.3

Минимальная допустимая разность диаметров ствола cкважины и муфты обсадной колонны по [ 27 ]

Номинальный диаметр обсадной колонны, мм	Разность диаметров 2δ*, мм	Номинальный диаметр обсадной колонны, мм	Разность диаметров 2δ*, мм
114,3 127,0 139,7 146,1 168,3 244,5	15,0 20,0 25,0	273,1 298,5 323,9 426,0	35,0 35,0-45,0

* где δ- радиальный зазор между стенкой скважины и муфтой. Размер муфт приведены в табл.2.4

При расчете диаметров руководствуются нормами ГОСТ 632-80 на обсадные трубы (19 типоразмеров от 114,4 до 508,0 мм) и ГОСТ 20692-80 на шарошечные долота (39 типоразмеров),а также сведениями о номенклатуре долот, выпускаемых отечественной промышленностью и зарубежными фирмами.

Диаметр долота для бурения под обсадную колонну определяется по ее габаритному наружному размеру (наружный диаметр соединительной муфты) с таким расчетом, чтобы обсадная колонна свободно проходила по стволу скважины с регламентированным радиальным зазором, который определен в [мм] в зависимости от диаметра обсадной колонны (см. табл. 2.3).

Расчетный диаметр долота определяется по формуле:

= d_м + 2δ (2.2.)

где d_м – наружный диаметр соединительной муфты обсадной колонны по ГОСТ 632-80; 2δ - разность диаметров по табл.2.3.

Затем по расчетному диаметру находится ближайший нормализованный диаметр из типоразмеров ГОСТ 20692-80.

Установленный таким образом нормализованный диаметр долота позволяет рассчитать внутренний диаметр обсадной колонны, через которую это долото должно свободно пройти

d_вн = + 2∆ (2.3)

где ∆ - радиальный зазор между долотом и стенкой обсадной трубы, обычно принимается ∆ = 5÷10 мм (причем нижний предел – для труб малого диаметра).

По известному внутреннему диаметру d_вн обсадной трубы с использованием ГОСТ 632-80 подыскивается нормализованный диаметр обсадной колонны и выявляется наибольшая допустимая толщина стенки трубы.

Так как в ГОСТ 632-80 нормализован наружный диаметр обсадных труб и для каждого размера установлено по несколько толщин стенки трубы, внутренний диаметр может варьировать в широких пределах

d_вн = d_н - 2δ_тр (2.4)

где d_вн и d_н – внутренний и наружный диаметры обсадной трубы, мм; δ_тр - толщина стенки трубы, мм.

Основные размеры обсадных труб и муфт к ним в соответствии с ГОСТ 632-80 приведены в табл. 2.4.

Разработанная конструкция скважины представляется на схеме, которая оформляется по общепринятой форме. На схеме наружные диаметры обсадных колонн указываются в миллиметрах у верхнего их конца. Если в конструкции предусмотрено использование потайной колонны, то ее принято пунктирной линией подводить к поверхности и здесь указывать ее наружный диаметр. Глубины спуска обсадных колонн показывают в метрах у нижнего конца каждой колонны. Диаметр ствола скважины в миллиметрах определяется по диаметру долот, которые будут использоваться в соответствующем интервале, и на схеме показывается у правого конца стрелки, проведенной до стенки ствола скважины. На схеме также должна быть указана глубина до уровня подъема цементного раствора за колонной.

При оценке сложности конструкции скважины их подразделяют на одно-, двух-, трехколонные и т.д. В подсчете количества колонн принято учитывать только промежуточные и эксплуатационные обсадные колонны; направление, кондуктор и потайная колонна в продуктивном пласте при этом не учитываются. Ниже приведен пример расчета диаметров.

Пример 2.2 И с х о д н ы е д а н н ы е. Пусть задан диаметр эксплуатационной колонны

d_э = 146,0 мм.

Рассчитать двухколонную конструкцию скважины.

Р е ш е н и е.1. Наружный диаметр соединительной муфты для эксплуатационной колонны по ГОСТ 632-80 (см. табл. 2.4) мм

2. Расчетный диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну

D = d + 2δ = 166 + 20 = 186 мм

где: 2δ = 20 мм (см. табл. 2.3).

3. Выбор ближайшего нормализованного диаметра долота по ГОСТ 20692-80

D = 190,5 мм > 186 мм

4. Внутренний расчетный диаметр промежуточной колонны

d = D + 2∆ = 190,5 + 10 = 200,5 мм

5. Нормализованный диаметр обсадной колонны по ГОСТ 632-80 dпр = 219,1 мм с максимально допустимой толщиной стенки δпр = 8,9 мм; наружный диаметр муфты dм = 244,5 мм (см. табл. 2.4). 6. Расчетный диаметр долота для бурения под промежуточную колонну D = 244,5 + 25 = 269,5 мм, где зазор 2δ = 25 мм по табл. 2.3. 7. Выбор ближайшего нормализованного диаметра долота по ГОСТ 20692-80 D = 269,9 мм > 269,5 мм 8. Внутренний расчетный диаметр кондуктора d = 269,9 + 15 = 284,9 мм

Рис. 2.2.Кострукция скважины

9. Нормализованный диаметр кондуктора по

ГОСТ 632-80 (см. табл. 2.4) d_к = 323,9 мм с максимально допустимой толщиной стенки δ_к = 14 мм, наружный диаметр муфты d_м = 351,0 мм.

10. Расчетный диаметр долота для бурения под кондуктор

D = 351,0 + 40,0 = 391,0 мм,

где зазор 2δ = 40 мм в соответствии с табл. 2.3.

11. Ближайший нормализованный диаметр долота для бурения под кондуктор по ГОСТ 20692-80

D = 393,7 мм > 391,0 мм

12. Внутренний расчетный диаметр направления

= 393,7 + 15 = 408,7 мм

13. Нормализованный диаметр обсадных труб для направления по ГОСТ 632-80

(см. табл. 2.4) d_напр = 426,0 мм

с максимально допустимой толщиной стенки δ=10 мм; наружный диаметр муфты d_м = 451,0 мм.

14. Расчетный диаметр долота для бурения под направление

D =451,0+45=496,0 мм

где зазор 2δ =45 мм в соответствии с табл.2.3

15. Ближайший нормализованный диаметр долота для бурения под направление по ГОСТ 20692-80 D =490 мм

Рассчитанная конструкция скважины представлена по принятым правилам на схеме

(рис. 2.2).

В отдельных случаях для разработки более компактной конструкции скважины предусматривается использование обсадных труб со специальными муфтами уменьшенного наружного диаметра (табл. 2.5) или трубы безмуфтового соединения типа ТБО (табл. 2.6). Гладкие обсадные колонны могут быть составлены из безмуфтовых обсадных труб типа ОГ1м (табл. 2.7), которые соединяются между собой по резьбам, нарезанным на концах гладкого тела трубы. Такие трубы обладают пониженной прочностью (снижение до 50-53 % от прочности гладкой трубы), и поэтому могут использоваться для потайных колонн (хвостовиков) или размещаться в нижней части эксплуатационной колонны.

Таблица 2.4

Основные размеры (в мм) обсадных труб и соединеительных муфт к ним по ГОСТ 632-80

Наружный диаметр обсадной трубы	Толщина стенки трубы		Наружный диаметр соединительной муфты		Толщины стенок обсадных труб
	мини- маль- ная	макси- маль- ная	нормальный	умень- шенный
114,3 127,0 139,7 146,1 168,3 177,8 193,7 219,1 244,5 273,1 298,5 323,9 339,7 351,0 377,0 406,4 426,0 473,1 508,0	5,2 5,6 6,2 6,5 7,3 5,9 7,6 6,7 7,9 7,1 8,5 8,5 8,4 9,0 9,0 9,5 10,0 11,1 11,1	10,2 10,7 10,5 10,7 12,1 15,0 15,1 14,2 15,9 16,5 14,8 14,0 15,4 12,0 12,0 16,7 12,0 - 16,1	127,0 (133,0) 141,3 (146,0) 153,7 (159,0) 166,0 187,7 194,5 (198,0) 215,9 244,5 269,9 298,5 323,9 351,0 365,1 376,0 402,0 431,8 451,0 508,0 533,4	123,8 136,5 149,25 156,0 177,8 187,3 206,4 231,8 257,2 285,8 - - - - - - - - -	5,2; 5,7; 6,4; 7,4; 8,6; 10,2 5,6; 6,4; 7,5; 9,2; 10,7 6,2; 7,0; 7,7; 9,2; 10,5 6,5; 7,0; 7,7; 8,5; 9,5; 10,7 7,3; 8,0; 8,9; 10,6; 12,1 5,9;6,9; 8,1; 9,2; 10,4; 11,5;12,7; 13,7; 15,0 7,6; 8,3; 9,5; 10,9; 12,7; 15,1 6,7; 7,7; 8,9;10,2;11,4;12,7;14,2 7,9; 8,9; 10,0; 11,1; 12,0; 13,8; 15,9 7,1; 8,9; 10,2; 11,4; 12,6; 13,8; 15,1; 16,5 8,5; 9,5; 11,1; 12,4; 14,8 8,5; 9,5; 11,0; 12,4; 14,0 8,4; 9,7; 10,9; 12,2; 13,1; 14,0; 15,4 9,0; 10,0; 11,0; 12,0 9,0; 10,0; 11,0; 12,0 9,5; 11,1; 12,6; 16,7 10,0; 11,0; 12,0 11,1 11,1; 12,7; 16,1

Примечание. В скобках указан наружный диаметр муфт для труб исполнения Б*.

*см. вторую часть Практикума в разделе «Расчет обсадных колонн»

Таблица 2.5

Соотношение диаметров обсадных колонн при использовании обсадных труб со спецмуфтами уменьшенного диаметра, мм

Наружный диаметр		Данные по предыдущей колонне			Диаметр долота для бу-рения под спус-каемую колонну	Минимальный радиальный зазор
спус- каемой колон- ны	ее спец- муфты (растру- ба)	наруж- ный диаметр колонны	толщина стенки трубы	внут- ренний диаметр		между муфтой (растру-бом) спу-скаемой колонны и преды-дущей	между муфтой (растру-бом) спу-скаемой колонны и стенкой скважины
114,3 127,0 139,7 168,3 177,8 193,7 219,1 244,5 273,1 273,1	123,8 136,5 149,2 177,8 187,3 206,4 231,8 257,2 285,8 285,8	168,3 177,8 193,7 219,1 244,5 244,5 273,1 298,5 323,9 339,7	12,1 11,5 12,7 12,7 12,0 12,0 13,8 12,4 11,0 13,1	144,1 154,8 168,3 193,7 220,5 220,5 245,5 273,7 301,9 313,5	139,7 151,0 161,0 190,5 215,9 215,9 243,0* 269,9 295,3** 295,3**	10,1 9,1 9,5 7,9 16,6 7,0 6,8 8,2 8,0 13,8	7,9 7,2 5,9 6,3 14,3 4,7 5,6 (26,6) 6,3 4,7(27,1) 4,7(27,1)

*- Расширение ствола с помощью расширителя РРБ-243/285

**- Расширение ствола с помощью расширителя РРБ-295/340

Таблица 2.6