Обсадные колонны для геологоразведочных скважин

Обсадные колонны для крепления геологоразведочных скважин составляются из обсадных труб безниппельного и ниппельного соединения по ГОСТ 6238-77 (табл.10.1).

Таблица 10.1 Основные размеры обсадных труб при бурении на твердые полезные ископаемые (ГОСТ 6238-77)

Параметры	Нормы
Ниппельное соединение
Наружный диаметр трубы и ниппеля, мм	73	89	108	127	146
Толщина стенки трубы, мм	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0
Внутренний диаметр ниппеля, мм	62,0	78,0	95,5	114,5	134,5
Наружный диаметр, мм:    наружной резьбы    внутренней резьбы	68,5 68,54	84,5 84,55	103,0 103,05	122,0 122,06	141,0 141,06
Внутренний диаметр резьбы.	67,0	83,0	101,5	120,5	139,5
Длина трубы, кг	8,4	10,4	13,0	16,0	17,4
Безнипельное соединение
Наружный диаметр трубы, мм	34	44	57	73	89
Тодщина стенки трубы. мм	3,0	3,5	4,5	5,0	5,0
Наружный диаметр, мм    наружной резьбы    внутренней резьбы	31,6 31,632	42,0 42,032	54,0 54,040	69,5 69,540	85,5 85,550
Внутренний диаметр резьбы, мм	30,1	40,5	52,5	68,0	84,0
Длина трубы, мм	1500; 3000	1500; 3000	1500; 3000; 4500	1500; 3000; 4500; 6000	1500; 3000; 4500; 6000
Масса 1 м трубы, кг	3,0	4,0	5,2	8,4	10,4

На обсадные трубы в процессе спуска в их скважину, цементирования и дальнейшего бурения действуют различные силы. Они вызываются собственным весом обсадной колонны, боковым давлением горных пород, внутренним давлением нагнетаемой жидкости в процессе бурения, которые могут привести к изгибу труб, уменьшению их прочности, смятию или разрыву. Поэтому при глубоком бурении на твердые полезные ископаемые следует проводить проверочный расчет прочности колонны и устанавливать предельно допустимую глубину ее спуска.

Максимальные растягивающие напряжения возникают в опасном сечении труб от действия собственного веса колонны. Растягивающие усилия (в Н), проявляющиеся в подвешенной неподвижно на хомуте или клиньях колонне, которая заполнена и погружена в промывочную жидкость, можно определить формуле

Р_о.к=gqL(1-ρ/ρ_м)                 (10.1)

где q - масса 1 м трубы, кг; L - длина обсадной колонны, м; ρ и ρ_м -плотности промывочной жидкости и материала труб, кг/м3.

Предельная глубина спуска L_пр (в м) обсадных колонн определяется расчетом на прочность в наиболее слабом сечении трубы из выражения

L_пр=F₀σ_т/2gq(1-σ/ρ_м).           (10.2)

Здесь F₀ - опасное сечение трубы в нарезной части, м2

(10.3)

dв.р - внутренний диаметр резьбы (рис. 10.1), м; d_в.н - внутренний диаметр ниппеля, м (для безниппельных труб будет внутренний диаметр трубы dв); σ_т, - предел текучести материала труб. Па.

С учетом коэффициента запаса прочности труб на растяжение (К3=1,5÷2)

L'_пр=L_пр/К3           (10.4)

Допустимая растягивающая нагрузка (в Н) на обсадные трубы может быть также определена по формуле:

P_р = F₀σ_т/K₃          (10.5)

Рис. 10.1 Схема ниппельного соединения обсадных труб.

Пример 10.1 Найти предельную глубину спуска обсадной колонны (из стали группы прочности Д, σ_т=372 106Па) диаметром 89 мм с ниппельным соединением в скважину, заполненную водой, и допустимую растягивающую нагрузку на обсадные трубы при извлечении из скважины.

Решение. Из табл. 10.1 находим: внутренний диаметр резьбы d_в.р=83·10-3 м и внутренний диаметр ниппеля d_в.н =78·10-3м.

Тогда по формуле (10.3)

Из уравнения (10.2) получим

где q=10,4 кг/м (см.табл.10.1)

Принимая К₃=2, из уравнения (10.5) получаем

Р_р=628·10-6·372·106/2= 11,6·104Н.