5. Условия работы обсадных колонн в процессе крепления и эксплуатации скв.

Обсадные колонны испытывают комплекс различных сил которые имеются со времени при строительстве и эксплуатации скв. Основные из них: 1) при спуске обсадной колонны – растягивающая сила от собственного веса, выталкивающая сила жидкости в скв, сила инерции при спуске, сила взаимодействия со стенками скв, гидростатическое давление в скв, гидростатическое давление изгибающего момента на участках скв; 2) при освоении и эксплуатации скв – избыточное наружное давление при вызове притока; высокое давление на устье, особенно при закрытии устьевых задвижек, прессовке и АВПД; высокие давления в технической колонне или кондукторе в результате не герметичности эксплуатационной колонны или при перетоках; возможные вспучивания (набухания горных пород повышает наружное давление до геостатического); напряжения от разогрева продукции скв при добыче или от охлаждения в нагнетательных скв; воздействие коррозионных пластовых флюидов при длительной эксплуатации скв; истирания при СПО долота, НКТ, буровые трубы в результате уменьшения Ø и желобо образование в обсадной колонне. Всё это прямо или косвенно учитываются при расчёте или конструировании обсадных колонн.

6. Принципы расчёта обсадных колонн на прочность по основным действующим на неё силам, основы выбора секции обсадных труб.

При расчёте обсадной колонны в основном рассматриваются силы осевые, избыточное наружное и внутреннее давления. Наибольшее наружное избыточное давление как правило действует на нижний участок, внутреннее давление на верхний участок. По этому расчёта на прочность ведётся порознь по отношению каждой из групп сил. На примере эксплуатационной колонны проектирование начинается с расчёта её на сопротивляемость смятию избыточным наружным давлением: ; Р_кр – критическое давление для обсадной трубы; К­_см – коэффициент запаса прочности. Условно колону можно разделить на 3 части: 1 – нижний цементируемый и нет предыдущей колонны; 2 – средний зацементируемый и есть предыдущая колонна; 3 – верхний не зацементируемый. Нижний участок , где К_а – коэффициент аномальности на глубине z; ρ_в – плотность пресной воды; g – ускорение свободного падения; я – глубина. Незацементированные участки Р_н давления столба жидкости в кольцевом пространстве и в интервале парод склонных к выпучиванию за Р_н принимают геостатическое давление – давление выше лежащей толщи , где ρ_об – объёмная масса выше лежащей толще пород 2,3 гр/см³. Расчёт как правило не учитывает наличие цементного кольца (камня), который несколько увеличивает прочность труб.

Давление промывочной жидкости в заколонном пространстве выше цементного кольца со временем может уменьшиться до давления столба дисперсионной среды. По этому это учитывается при расчётах на внутреннее давление на разрыв.

Полученный вариант конструкции проверяют на разрыв под действием избыточного внутреннего давления: , где Р_б – прочность трубы на разрыв; К_в – коэффициент запаса прочности (К_в=1,15 для Ø колон ≤219 и 1,52 для Ø колонн >219). Наиболее высокое внутреннее давление в обсадной колонне возникает при опрессовке её с целью проверки герметичности: , где Р_опр – давление прессовки на устье; ρ_опр – плотность опрессовывающей жидкости. Конструкцию скв проверяют на растяжение предполагая, что осевые силы примерно равны весу колонны расположенной ниже: , где Р_доп – допустимая осевая нагрузка для труб рассматриваемого сечения. Для треугольной резьбы ; для трапецеидальной , где Р_стр – страгивающая нагрузка в резьбовом соединении; i_u – интенсивность искривления скв в град/м; Р_доп.в – допустимая растягивающая нагрузка на трубы вертикальной скв; К_стр – коэффициент запаса прочности для вертикальных скв; m_i – масса 1 метра труб на i – ой секции; d_n – Ø обсадных труб.

Соблюдение прочности при растяжении проверяют во всех переходных сечениях от одной секции к другой. Если условие прочности не соблюдается, то выше расположенные трубы составляют из более прочных труб. Кроме этого оптимальная конструкция должна иметь минимальную стоимость.