animateMainmenucolor
 
Малогабаритные буровые установки
 
 
Вездеходы Арго
 
 
Каталог предприятий
 
 
Сделай заказ
 
 
Наличие на складе
 
 
Буровые установки
 
 
Буровое оборудование
 
 
Буровой инструмент
 
 
Запчасти к буровым установкам
 
 
Технология бурения скважин
 
 
Расчеты в бурении
 
 
Горные породы
 
 
Природные ресурсы
 
 
Техника для содержания скважин
 
 
Бурильно-крановые машины
 
 
Буровые вышки
 
 
Насосное оборудование
 
 
Оборудование водопонижения
 
 
Нефтегазопромысловое оборудование
 
 
Нефтегазопромысловая спецтехника
 
 
Горнодобывающее оборудование
 
 
Геофизическое оборудование
 
 
Геологоразведка
 
 
Добыча золота
 
 
Словарь
 
 
Реклама
 
 
Инженерно-геологические изыскания
 
 
Инженерно-геодезические изыскания
 
 
Учебные заведения
 
 
Дополнительное оборудование
 
 
Фотографии
 
 
Заказать буровое оборудование, станок СКБ 4
 
 
Карта сайта
 
 
{продукция}
{компания}

Расчет эксплуатационной колонны для нефтяной скважины

Пример расчета

Исходные данные. Скважина вертикальная добывающая, диаметр обсадной колонны d=146,1 мм, диаметр ствола скважины D= 190,5 мм, глубина спуска колонны hц=2300 м; плотность цементного раствора ρц=1850 кг/м ; глубина спуска промежуточной колонны hпр=2500м; интервал продуктивного пласта 3300-3380 м; коэффициент аномальности пластового давления в продуктивном пласте ka= 1,35; плотность пластового флюида (в период ввода в эксплуатацию) ρпл=860 кг/м3; плотность жидкости, поступающей в скважину в конце эксплуатации, ρфл=950 кг/м3; снижение уровня в колонне в конце эксплуатации hk=2400 м.

Сведения о проницаемом пласте: интервал положения пласта 2900-3100 м; коэффициент аномальности проницаемого пласта ka=1,17; индекс давления поглощения проницаемого пласта kп=1,6; плотность жидкости в колонне при ее испытании на герметичность ρоп.ж=1420 кг/м3.

Решение. Расчет наружного давления.

На глубине 2300 м около цемента: р2300 = ρб.рghц = 1420·9.8·2300·10-6 = 32.0 Мпа.

на глубине 2500 м: р2500 = р2300 + 1100g(2500 - 2300)-10-6 = 32.0 + 2.2 = 34.2 МПа;

на глубине 2900 м в кровле проницаемого пласта: р2900= р2500+1100·9,8(2900-2500)-10-6 = 34.2 + 43 = 385МПа.

В интервале проницаемого пласта с ka=1,17:

давление у кровли ркр=kaρвghкр =117·1000·9,8·2900-10-6 =333 МПа.

давление у подошвы рпод = kaρвghпод = 1.17·1000·9.8·3100·10-6 = 35.5 МПа .

Так как толщина проницаемого пласта не превышает 200 м, в интервале 2900-3100 м наружное давление принимается постоянным и равным среднеарифметическому

рпр = (333 + 355)/2 = 34.4 Мпа.

На глубине 3100 м под проницаемым пластом

р3100 = р2900+ 1100·9.8(3100 - 2900)·10-6 =385 + 2.2=40.7 МПа.

Так как давление против проницаемого пласта оказывается ниже давления в цементном камне против подошвы и кровли, при построении эпюры наружного избыточного давления влияние проницаемого пласта можно не учитывать.

На глубине 3300 м над продуктивным пластом р33003100+1100·93(3300 -3100)·10-6=40.7 + 2.2 = 42.9 МПа .

На глубине 3300 м в продуктивном пласте р3300 = kaρвghкр.под = 1,35·1000·9.8·3300·10-6 = 43.7 Мпа.

На глубине 3380 м в продуктивном пласте р3300 =kaρвghпод.прод=135·1000·9.8·3380-10-6 =44.7 Мпа.

Так как толщина продуктивного пласта менее 200 м, давление в нем принимается постоянным и равным среднеарифметическому рпрод=(43,7+44,7)/2=44,2 МПа. Это давление распространяется на 50 м выше кровли продуктивного пласта, т.е. до глубины 3250 м.

Давление на отметке 3250 м в цементном камне

р3250 = р2900 + 1100·9.8(3250 - 2900)·10-6 =385 + 3.8 = 423 МПа .

По рассчитанным величинам строится эпюра наружного давления на эксплуатационную колонну (рис. 10.3).

Расчет внутреннего давления в колонне.

Давление на устье:

в период ввода в эксплуатацию рупр.3300плghкр.пр=43.7-860·9.8·3300-10-6 =43.7-27.8 = 15.9 МПа.

при опрессовке колонны роп=1,1·15,9= 17,5 МПа - это давление принимается в качестве расчетного, так как оно превышает минимальное рекомендуемое давление опрессовки роп= 12,5 МПа для обсадных колонн диаметром 146,1 мм (см.табл 10.3).

Минимальное давление у башмака колонны в период ввода в эксплуатацию

р3400 = ρплgh = 860·9.8·3400·10-6 = 28.7 МПа.

Давление у башмака колонны в период опрессовки

р3400= роп + ρб.рgh = 175 +1420 ·9,8·3400 ·10-6=175+47.3 = 64.8 МПа.

в конце эксплуатации р'3400 = ρф.лg(h - hk) = 950·9,8(3400 - 2400)·10-6 = 9,3 МПа.

По рассчитанным величинам строятся эпюры внутреннего давления во время опрессовки колонны и в конце эксплуатации.

Построение эпюры наружного избыточного давления.

Эпюра наружного избыточного давления строится для самых неблагоприятных условий иагружения, т.е. на заключительном этапе эксплуатации, когда вследствие снижения уровня жидкости в колонне внутреннее противодавление становится минимальным. Так как при снижении уровня жидкости в колонне она опорожняется до глубины 2400 м, то в интервале от устья до глубины 2400 м эпюра наружного избыточного давления аналогична эпюре наружного давления:

на глубине 2300 м - рн.и= 32.0 Мпа.

на глубине 2400 м - рн.и =32.0 + 1100·9.8(2400-2300)·10-6 =32.0 + 1.1 = 33.1 МПа;

на глубине 3250 м - рн.и=32,0+1100·9,8(3250-2300)·10-6 - 950·9,8(3250-2400)·10-6=32 0+10 2-7,9=34,3 МПа;

на глубине 3400 м - рн.и=32,0+1100·9,8(3400-2300)-950·10-6(3400-2400)·10-6=32,0+11,9-9,3=34,6 МПа.

По разностям наружного и внутреннего давлений в характерных точках строится эпюра наружного избыточного давления (см.рис. 10.3), которая затем используется при расчете эксплуатационной колонны.

Построение эпюры внутреннего избыточного давления.

Для построения эпюры внутреннего избыточного давления исходной является эпюра наружного давления, и для сопоставления подбираются условия нагруження колонны, при которых внутреннее давление будет максимальным. Как видим, в рассматриваемом примере максимальное давление в колонне возникает во время ее опрессовки. Принимается, что внутреннее давление в колонне равномерно увеличивается от 17,5 МПа на устье до 64,8 МПа у башмака.

Некоторые расчетные значения внутреннего избыточного давления в характерных точках:

на устье ρв.и= 17,5 МПа;

на глубине 2300 м - pв.иу+1420·9,8·2300·10-6-32,0=17,5+32,0-32,0=17,5 МПа;

на глубине 3250 м - pв.и=pу+1420·9,8·3250-10-6-32,0-1100·9,8(3250-2300)·10-6= 17,5+45,2-32,0-10,2= 20,5 МПа;

на глубине 3250 м (под влиянием продуктивного пласта) - ρв.и= 17,5+45,2-44,2=18,5 МПа;

на глубине 3400 м - pв.иу+1420·9,8·3400·10-6-44,2=17,5+47,3-44,2=20,6 Мпа.

Эпюра внутреннего избыточного давления представлена на рис.10.3

 

Рис. 10.3. Эпюра нагружения эксплуатационной колонны: 1,2,3 - наружное, внутренне и избыточное наружное давление соответственно; 4 - избыточное внутреннее давление (при опрессовке колонны)

Выбор типа обсадных труб для комплектования обсадной колонны и герметизирующего материала.

Поскольку некоторые показатели прочности обсадных труб (например, при расчете на растяжение) зависят от типа резьбового соединения труб, прежде чем приступить к расчету производится выбор обсадных труб. Для эксплуатационных колонн диаметром до 219,1 мм, работающих в жидкой среде при избыточном внутреннем давлении в пределах 10-30 МПа, рекомендуются обсадные трубы с треугольной резьбой и уплотнением ФУМ или трубы с трапецеидальной резьбой типа ОТТМ. Выбираем обсадные трубы с треугольной резьбой. Треугольная резьба может быть короткой и удлиненной. Учитывая, что эксплуатационная колонна проектируется для глубокой скважины, принимаем удлиненную резьбу.

Проектирование эксплуатационной колонны.

Расчет обсадной колонны ведется от ее нижнего конца. В нижней части наибольшее нагружение колонны возникает от избыточного наружного давления, поэтому оно и принимается, прежде всего, во внимание.

Коэффициент запаса прочности на смятие в интервале продуктивного пласта принимается в пределах k3= 1,0-1,3 в зависимости от устойчивости коллектора. Примем k3=l,2. Тогда критическое давление обсадных труб, пригодных для комплектования нижней секции в интервале 3250-3400 м, должно быть pкр≥ 1,2· 34,6=41,5 МПа. Этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 10,7 мм, ркр=43,7 МПа, внутреннее избыточное давление рв.и=48,6 МПа. Оно значительно превышает фактическое внутреннее избыточное давление рв.и=20,6 МПа.

Длина 1-й секции l1=3400-3250= 150м.

Вес 1-й секции Р1 =0,360·150=54кН.

На отметке 3250 м выше 1-й секции в.и=34,ЗМПа.

При коэффициенте запаса k3=1 для второй секции выбираем трубы с ркр=34,3 МПа. Этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 9,5 мм, ркр=37,1 МПа, рв=43,1 МПа.

Скорректированное критическое давление для труб 2-й секции

где Р=1548 кН.

Так как 36,7 МПа > 34,4 МПа , трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 9,5 мм подходят для 2-й секции.

Для 3-й секции принимаем трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 8,5 мм, ркр=31,4 МПа, рв=38,6 МПа. Эти трубы в соответствии с эпюрой наружного избыточного давления можно применять выше отметки 2250 м.

Длина 2-й секции l2=3250-2250= 1000м.

Вес 2-й секции Р2=0,323-1000=323 кН.

Суммарный вес двух секций Р1-2 = 54 + 323 = 377 кН.

Скорректированное критическое давление смятия для труб 3-й секции

где Р=1392кН.

Скорректированная глубина спуска 3-й секции по эпюре h'3=2070м.

Скорректированная дина 2-й секции l'2=3250-2070=1180м.

Вес 2-й секции P'2=0,323·1180=381,1 кН.

Суммарный вес двух секций P1-2=54+381,1=435,1кН.

Для 4-й секции принимаем трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 7,7 мм,ркр=26,7 МПа, рвн=35,0, Pстр=794кН.

Секцию 4 можно использовать выше отметки h4= 1990м.

Длина 3-й секции l3=2070-1900= 170м.

Вес 3-й секции P3=0,292 170=49,6кН.

Суммарный вес трех секций P1-3=435,1+49,6=484,7кН.

Скорректированное критическое давление смятия для 4-й секции

 где P=1274кН.

Скорректированная глубина спуска 4-й секции h'4=1700м.

Скорректированная длина 3-й секции l'3=2070-1700=370м.

Вес 3-й секции Р3=0,292·370=108,0кН .

Суммарный вес трех секций Р1-3=435,1+108,0=543,1кН.

Страгивающая нагрузка для труб 4-й секции Рстр=823кН, допустимая нагрузка растяжения [Р]=Pcтр/k3=823/1,3=633,0кH.

Трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки 7,7 мм пригодны для комплектования 4-й секции.

Для 5-й секции примем трубы из стали Д с толщиной стенки 7 мм, ркр=22,4 МПа, ρвн=31,8 МПа.

В соответствии с эпюрой наружного избыточного давления 5-я секция может быть спущена на глубину h5= 1600м.

Длина 4-й секции l4= 1700-1600= 100м.

Вес 4-й секции Р4=0,245·100=24,5кН.

Суммарный вес четырех секций Р1-4=543,1 +24,5=567,6кН.

Скорректированное критическое давление смятия для труб 5-й секции

 где P=1156кН.

Скорректированная глубина спуска 5-й секции h'5= 1370м.

Скорректированная длина 4-й секции  l'4=1700-1370=330м.

Скорректированный вес 4-й секции  P'4=0,245·330=80,9кH.

Суммарный вес четырех секций Р1-4=543,1+80,9=624,0кН.

Для труб 4-й секции из стали группы прочности Д с толщиной стенки 7,7 мм допускаемая нагрузка растяжения [Р4]=823/1,3=633,0, для труб 5-й секции из стали группы прочности Д с толщиной стенки 7,0 мм допускаемая нагрузка растяжения [Р5]=735/1,3=565,4кН.
На основании сопоставления допустимой нагрузки с весом четырех секций Р1-4=624,0кН можно установить, что трубы 5-й секции не пригодны для использования, кроме того, начиная с 4-й секции расчет колонны надо вести по нагрузке растяжения.

Скорректированная длина 4-й секции

Вес 4-й секции Р4=0,267·337=90кН.

Суммарный вес четырех секций Р1-4=543,1+90=633,1кН.

Для 5-й секции трубы из стали Д с 8,5-мм толщиной стенки Рстр5=931кН, [Р5]=931/1,3=716,1кН.

Вес 5-й секции Р5=0,292·284=82,9кН.

Для 6-й секции трубы из стали Д с 9,5-мм толщиной стенки Рстр5=1059кН, [Рв]= 1059/1,3=814,6кН.

Длина 6-й секции l6=(814,6-716,0)/0,232=305м.

Суммарная длина шести секций l1-6=150+1180+370+337+284+305=2626м.

Вес 6-й секции P6=0,323·305=98,5кН.

Суммарный вес шести секций Р1-6=716,0+98,5=814,5кН.

Для 7-й секции трубы из стали Д с 10,7-мм толщиной стенки Pстр7=1216кН, [Р7]= 1216/1,3=935,3кН.

Длина 7-й секции l7=(935,3-814,5)/0,360=330м.

Вес 7-й секции P7=0,360·330=118,8кН.

Суммарный вес семи секций P1-7=814,5+118,8=933,3кH.

Суммарная длина семи секций l1-7=2626+330=2956м.

Для 8-й секции трубы из стали К исполнения Б с толщиной стенки 10,7 мм, Рстр8=1569кН, [Р8]= 1569/1,3=1206,9кН.

Длина 8-й секции l8=(1206,9-933,3)/0,360=760м.

Скорректированная длина 8-й секции  l'8=3400-2956=444м.

Вес 8-й секции Р8=0,360·444=159,8кН.

Суммарный вес восьми секций P1-8=933,3+159,8=1093,1кН.

Конструкция колонны приведена в табл. 10.4

Таблица 10.4 Конструкция эксплуатационной колонны диаметром 146,1 мм из труб по ГОСТ 632-80 с удлиненной треугольной резьбой по данным расчёта

Номер
секции
(снизу
вверх)

Интервал
установки,
м

Длина
секции,м

Толщина
стенки, мм

Группа
прочности
стали

Исполнение

Вес
секции,
кН

Нарастающий
вес колонны,
кН

1

3400-

3250

150

10,7

Д

А

54,0

54,0

2

3250-2070

1180

9,5

Д

А

381,1

435,1

3

2070-1700

370

8,5

Д

А

108,0

543,1

4

1700-

337

7,7

Д

А

90,0

633,1

5

1363-

1079

284

8,5

Д

А

82,9

716,0

6

1079-774

305

9,5

Д

А

98,5

814,5

7

774-444

330

10,7

Д

А

118,8

933,3

8

444-0

444

10,7

К

Б

159,8

1093,1

Торговый дом АУМАС