Методика расчета обсадных колонн на смятие.

Расчет эксплуатационной колонны на избыточные наружные (сминающие) давления проводят в проектировочном виде.         При этом учитывают максимальные сминающие давления, возникающие в процессе строительства и работы скважины:

- в момент окончания процесса цементирования;

- в момент снижения уровня жидкости в колонне при освоении скважины или при испытании её на герметичность;

- при окончании эксплуатации скважины.

Избыточное наружное давление (Р_НИ) в общем случае определяют как разность между наружным (Р_Н) и внутренним (Р_В) давлением:

                                                                   Р_НИ = Р_Н - Р_В,                                   

При этом наружное и внутреннее давления определяются для одного и того же момента времени для одной и той же глубины.

H – глубина спуска колонны;

h – уровень цемента за колонной;

Н₀ – глубина спуска предыдущей колонны;

Н_У1 – уровень жидкости в колонне при

    испытании на герметичность;

НПЛ

Н_У2 - уровень жидкости в колонне

   в конце эксплуатации;

Н_ПЛ – глубина залегания продуктивного пласта.

 

В момент окончания цементирования обсадной колонны, сминающее давление (Р_НИ) в МПа на глубине Z рассчитывается следующим образом:

При 0 £ Z£ h:  

                                                                  Р_НИ z = 10^-6g(ρ_Р - ρ_ПР)Z         

При h £ Z £ Н:

Р_НИ z = 10^-6g[(ρ_Р - ρ_ПР)h + (ρ_Ц - ρ_ПР)(Z - h)].

При снижении уровня жидкости в колонне в процессе испытания её на герметичность или при освоении скважины, избыточное наружное давление в интервале предыдущей обсадной колонны определится по следующим формулам:

при Н_У1 > Н₀:

Р_НИ z =10^-6gρрZ     при 0 < Z < h                             

Р_НИ z = 10^-6g[ ρ_Р h + ρ_ГС(Z - h)], при h < Z < Н₀

При отсутствии флюидосодержащих пластов с a_ПЛ > 1,1 и пластов, склонных к пластическому течению может быть рассчитано следующим образом (при H_У > Н0) :

при Н₀< Z < H_У

                                          Р_НИ z = 10^-6g[ ρ_Р h + ρ_ГС (Z - h)]

при Н_У1 < Z < Н

                                          Р_НИ z = 10^-6g[ ρ_Р h + ρ_ГС (Н_У1 - h) - ρ_Ж(Z - Н_У1) ]

При наличии флюидосодержащих пластов с a_ПЛ > 1,1 для интервала залегания пласта ± 50м:

      Р_НИ пл = Pпл - 10^-6g ρ_Ж (Нпл - Н_У1)  

 

                                          при Z = Н_У1:

РниНу=РниНо+((Рпл-РниНо)/(Нпл-Но))*(Ну1-Но)

Для скважин с нормальными условиями бурения и эксплуатации (при отсутствии пластов с a_ПЛ > 1,1) расчет избыточных наружных давлений в зацементированной зоне (как в закрепленном, так и в открытом стволе) допускается производить по составному столбу бурового и цементного растворов с учетом разгрузки цементного камня по формуле:

Р_НИ z = 10^-6g[(ρ_Ц – ρ_Ж)Z - (ρ_Ц – ρ_Р)h + ρ_Ж Н_У](1 – K),

где К – коэффициент разгрузки цемента.

В интервалах пластов, склонных к пластическому течению, выше и ниже этих пластов на 50 м наружное давление принимается равным горному.                                  Тогда наружное избыточное давление для этих интервалов определится следующим образом:

                                          Р_НИ = 10^-6g[ ρ_ГП Нпл - ρ_Ж (Нпл - Н_У)]        

                                          Здесь ρ_ГП - плотность вышележащих горных пород, (для осадочных­ пород можно принять 2,6 × 10³ кг/м3).                

Для момента окончания эксплуатации нефтяной скважины величина пластового давления обычно бывает меньше гидростатического, поэтому уровень жидкости в эксплуатационной колонне находится значительно ниже устья скважины. Для этого случая избыточные наружные давления для обсадной колонны могут быть рассчитаны по формулам:

                   при 0 < Z < h:   Р_НИ z =10^-6g ρ_Р Z                                

                   при h < Z < Н_Ну2 Н_У2:  Р_НИ z = 10^-6g[ ρ_Р h + ρ_ГС (Z - h)]

при Н_У2 < Z < Н : Р_НИ z = 10^-6g[ ρ_Р h + ρ_ГС (Н_У2 - h) - ρ_Ж (Z - Н_У2) ]

При этом надо учесть, что эксплуатационная колонна в этот период времени, как правило, заполнена обводненной нефтью (ρж в проектных расчетах можно принимать равной (0,93¸0,97)×10³ кг/м3).

 

Коэффициент запаса прочности при расчете на смятие [nСМ] принимается равным 1,0-1,3 для секций, находящихся в пределах эксплуатационного объекта в зависимости от устойчивости коллектора. Зона эксплуатационного объекта включает в себя толщину (мощность) пласта, увеличенную на 100 м (по 50 м выше кровли и ниже подошвы пласта). Для остальных интервалов коэффициент запаса прочности на смятие принимается равным 1,0.

 Толщину стенки обсадной колонны подбирают

такой, чтобы выполнялось условие:  Р_СМ > [n_СМ]Р_{НИ Н},

 где Р_{НИ Н} - максимальное наружное избыточное давление у башмака обсадной колонны.

Критические сминающие давления для обсадных труб уточняются с учетом того, что на низ второй и последующих секций действует растягивающая нагрузка, равная весу нижележащих секций:

                                  Р¢_СМ = Р_СМ(1 – 0,3Q_Р/ Q_Т),                                                         

                   где:             Q_Р - вес нижележащих секции без учета                                коэффициента облегчения;

              Q_Т - растягивающая нагрузка рассматриваемой  

             секции, при которой напряжение в теле труб 

             становится равным пределу текучести.

 

---

Дата добавления: 2020-04-08; просмотров: 954; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!