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}
Главная / Расчеты в бурении / Расчет обсадных колонн / Расчёт усилия натяжения обсадной колонны

Расчёт усилия натяжения обсадной колонны

На разных стадиях использования скважины с системе разработки месторождения условия работы обсадной колонны в скважине изменяются, а следовательно, изменяются и условия ее нагружения. Особенно они проявляются в верхней незацементированной части обсадной колонны. Нарушение первоначального температурного режима в скважине влечет разогрев или охлаждение колонны, что в незацементированной части колонны с закрепленными концами ведет к перераспределению осевых нагрузок. Аналогичным образом изменение давления внутри колонны вызывает появление дополнительных нагрузок в колонне.

Дополнительные нагрузки в совокупности с первоначальными могут превысить допустимые и повлечь нежелательную деформацию, и даже нарушение обсадной колонны в верхней незацементированной части.

Один из способов предупреждения негативных последствий перераспределения нагрузок в колонне - предварительное натяжение верхней части колонны. Значение усилия натяжения должно быть заранее определено с учетом прогнозируемого изменения условий в скважине.

В соответствии с инструкцией, минимальное значение усилия натяжения устанавливается по наибольшей величине из двух сопоставляемых:

Рн=Р,

Рн=Р+αEFΔt·10-3+0,31pd2·103-0.655l(D2ρн -d2ρв)·10-2,                    (10.43)

где Рн - усилие натяжения колонны, кН; Р - вес незацементированной части колонны, кН; α - коэффициент линейного расширения стали, α= 1,2·10-5 1/градус; F - средневзвешенная площадь поперечного сечения труб в незацементированной части, м2,

         (10.44)

l и F - длины секций и соответствующие площади сечений; Δt -средняя величина изменения температуры в незацементированной части колонны, со знаками «плюс» при нагреве и «минус» при охлаждении; р - внутреннее давление в колонне при эксплуатации или при нагнетании, МПа; D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры колонны, м, величина d рассчитывается по средневзвешенной площади сечения трубы F,

              (10.45)

Рн и Рв - плотность жидкости за колонной и внутри ее в период эксплуатации, кг/м3.

Усилие натяжения колонны определяется, исходя из условия, что в процессе выполнения различных работ в скважине суммарная нагрузка не превысит допускаемой осевой нагрузки растяжения. Расчет ведется по следующим формулам (в кН):

для верхнего конца колонны  

Рн≤[Р];                 (10.46)

для некоторого сечения в незацементированной части колонны

Рн0≤[Р]
Pн-P0-P1+P2-P3≤[P],           (10.47)

где Рн - усилие натяжения; [Р] - допустимая нагрузка на растяжение; Р0 - вес колонны от устья до рассматриваемого сечения; Р1 - осевое усилие в результате изменения температурного режима; Р2 - осевое усилие, возникающее под действием внутреннего давления в колонне в процессе эксплуатации; P3 - осевое усилие, возникающее от действия гидростатического давления жидкостей, находящихся внутри колонны и вне ее.

Определение величин Р1, Р2 и Р3.

Р1=αЕFΔt·10-3                (10.48)

(α - коэффициент линейного расширения материала обсадной трубы 1/градус, для стали α=1,2·10-5·1/градус; Е - модуль продольной упругости. Па, для стали E=2,1·1011 Па; F - площадь - средневзвешенная по рассматриваемой части колонны - поперечного сечения трубы, м2; Δt -средняя температура нагрева (охлаждения) в рассматриваемой части колонны, градус,

            (10.49)

t1, t2 - первоначальная температура у верхнего и нижнего концов рассматриваемого участка колонны, °С; t3, t4 - температура в тех же точках при эксплуатации, °С, рис. 10.5);

P2=0,47pв.уd2·103                (10.50)

(pв.у - внутреннее давление на устье при эксплуатации; d - внутренний - средневзвешенный - диаметр колонны, м);

Р3=0,235l(D2Δρн-d2Δρн)·10-2            (10.51)

l - расстояние от устья до рассматриваемого сечения колонны, м; D, d - соответственно наружный и внутренний - средневзвешенный по площади сечения труб - диаметры колонны, м; Δρн - изменение плотности раствора за колонной после спуска и цементирования колонны, кг/м ; Δρн - изменение плотности жидкости в колонне, кг/м3).

 

Если на данной скважине предусмотрено значительное изменение режима ее работы (например, использование добывающей скважины в качестве нагнетательной), то усилие натяжения обсадной колонны должно быть пересчитано на новые условия работы.

Рис. 10.5. Распределение температур по глубине: 1 - в исходном положении; 2 - при добыче нефти.

Пример 10.5. Выполнить расчет натяжения обсадной колонны для условий ее нагружения, рассмотренных в примере (см. здесь)

Исходные данные: диаметр обсадной колонны d=146,1мм; глубина спуска колонны h=3400м; глубина до уровня цемента за колонной hц=2300м; плотность промывочной жидкости за колонной и продавочной жидкости в колонне ρж=1420кг/м3; пластовое давление на глубине 3300 м рпл=43,7 МПа; плотность нефти при фонтанной эксплуатации ρн=860 кг/м3; плотность пластового флюида в конце эксплуатации р'пл=950кг/м3; снижение уровня жидкости в колонне в конце эксплуатации hk=2400м; внутреннее давление на устье в период ввода в эксплуатацию ру=15,9МПа; температура: на глубине 3400 м - t3=115°С; температура у устья исходная - tу.и=20°С; при эксплуатации tу.д=60°С.

Решение. Определение площади сечения обсадных труб.

Для труб с толщиной стенки 9,5; 8,5; 7,7 и 10,7 мм соответственно

Среднее значение площади сечения труб

Средний внутренний диаметр обсадной колонны

Определение средней температуры нагрева колонны (см.рис.10.5)

 

Определение минимального усилия натяжения:

Рн=р+αEFΔt·10-3+0,31руd2вн·103-0,6551(d2нρн-d2внρн)·10-2=732,3+1,2·10-5·2,1· 1011· 40,13·10-4· 26,5·10-3+0,31·15,9·12,742·10-4·103- 0,655-2300(14,612·1420- 12,742·860)·10-2 =732,3+1268,0+80,0-246,3=834,0 кН.

Минимальное усилие натяжения превышает вес незацементированной части обсадной колонны 834,0>732,3 кН, поэтому принимается исходная величина Рн=834,0кН.

Проверка прочности колонны, находящейся под действием усилия натяжения Рн в процессе эксплуатации.

Так как изменение температурного режима работы колонны уже учтено при определении усилия натяжения, при расчете нагрузок в колонне p1 (усилие, возникающее в результате температурных изменений) не учитывается.

Усилие растяжения, ваш икающее в результате внутреннего давления при эксплуатации

р2=0,47·15,9·12,742·10-4·103=121 ,ЗкН.

Усилие растяжения, возникающее в результате изменения плотности жидкости в колонне

p3=0,235l(d2нρн - d2нΔρв)·10-2,

где Δρн - изменение плотности жидкости в затрубном пространстве, Δρн=0; Δρв - изменение плотности жидкости в колонне, Δρв= 1420-860=560кг/м3; р2=0,235·2300(0-12,742·560)·10-6=-49кН.

Проверка по первому условию

Проверка по второму условию

Верхняя секция при натяжении колонны с усилием рн=834кH удовлетворяет требованиям по запасу прочности.

Проверим на растяжение наиболее слабую третью секцию из труб группы прочности Д с толщиной стенки 7,7 мм с рстр=823кН.

Нагрузка на растяжение

Р=Рн4-7 + Р2- Р3=834 - (82,9+98.5+118,8+159,8)+121,3 - 49=446,3кН.

Проверка по второму условию Рн- Р4-7 + Р2- P3≤[P]:

k3=1,3; [Р]=823/1,3=633кН, условие соблюдено.

Подобным образом проверяются все секции незацементированной части обсадной колонны. Результаты расчета сведены в табл. 10.9.

Таблица 10.9. Конструкция обсадной колонны в интервале 0-2300 м

Номер
секции
(снизу вверх)

Интервал
установки,
м

Длина,
секции
, м

Толщина
стенки,
мм

Группа
прочности
стали

Испол-
нение

Вес
секции,
кН

Нарастающий
вес
колонны, кН

1

2300-2070

230

9,5

Д

А

74,3

74,3

2

2070-1700

370

8,5

Д

А

108,0

182,3

3

1700-1363

337

7,7

Д

А

90,0

272,3

4

1363-1079

284

8,5

Д

А

82,9

355,2

5

1079-774

305

9,5

Д

А

98,5

453,7

6

774-444

330

10,7

Д

А

118,8

572,5

7

444-0

444

10,7

К

Б

159,8

732,3

Торговый дом АУМАС