Расчет эксплуатационной колонны для нефтяной скважины
Необходимо рассчитать эксплуатационную колонну диаметром 146 мм для нефтяной скважины при следующих условиях: м, м, м, г/см3, г/см3, г/см3, г/см3; МПа, .
Зона эксплуатационного объекта 2900-2650 м.
Порядок решения задачи следующий: так как ( м), выбираем расчетную схему II. Определяем избыточные наружные давления (на стадии окончания эксплуатации) для следующих характерных точек.
1. ; ;
2. ; МПа;
3. ;
МПа;
4. ;
МПа.
Строим эпюру ABCD (рисунок В.1 Приложение В). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладываем значения точках 1-4 (см рис. 4) и эти точки последовательно соединяем между собой прямолинейными отрезками.
Определяем избыточные внутренние давления из условия испытания обсадной колонны на герметичность в один приём без пакера.
Давление на устье:
МПа.
Точка a. ; МПа.
По таблице критических давлений обсадных труб для 146 мм колонны МПа. Принимаем 17 МПа.
Точка б. м; МПа.
Точка в. м;
МПа.
Строим эпюру ABC (рисунок В.2 Приложение В). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладывают значения в точках а, б, в (см. рис. 4) и полученные точки соединяют между собой прямолинейными отрезками.
Определяем значение МПа.
По таблице критических давлений обсадных труб находим, что этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д толщиной стенки 9 мм, для которых МПа (1-я секция труб).
|
|
Для 2-ой секции выбираем трубы той же группы прочности с толщиной стенки 8 мм, для которых по таблице критических давлений обсадных труб МПа. Эти трубы могут быть установлены на глубине с давлением МПа. По эпюре (см. рис. 4а) это давление соответствует глубине м.
Длина 1-й секции ( мм) м, а вес ее Н или кН.
Для 3-й секции берем трубы с мм, для которых МПа. Поскольку МПа соответствует глубине 1600 м, а значит, (начало зоны эксплуатационного объекта), то принимаем и определяем по эпюре, какой глубине соответствует давление 20,5 МПа. По эпюре (см. рис. 4 а) определяем м. Следовательно, длина 2-й секции ( мм) м, а ее вес Н = 168 кН.
Общий вес двух секций: кН = 0,1898 МН.
Определяем длину 3-й секции ( мм), беря в основу расчет на растяжение. Для этих труб МН и Н (таблица прочностных характеристик обсадных труб).
По формуле получаем
м.
Вес 3-й секции труб ( мм): Н = 427,6 кН = 0,4276 МН.
Общий вес трех секций: МН.
Осевая нагрузка, при которой напряжение в теле трубы достигает , по таблице прочностных характеристик обсадных труб составляет 0,57 МН ( мм).
Определяем расстояние расчетного сечения трубы от устья скважины:
;
м.
По эпюре находим, что на глубине 700 м МПа.
|
|
Определяем коэффициент запаса прочности на критическое давление.
.
Расчет на внутреннее давление для первых, двух секций не производим, так как внутреннее избыточное давление в них отсутствует (см. рис. 4 б).
Определяем внутреннее давление для труб 3-й секции, имеющих наименьшую толщину стенки мм. Фактическое внутреннее давление на уровне верхней трубы, расположенной на глубине м, находим по эпюре (см. рис. 4 б): МПа.
По таблице внутренних давлений обсадных труб определяем, что для труб мм МПа.
Рассчитываем коэффициент запаса прочности
.
Четвертую секцию составляем из труб с мм. Для этих труб МН; Н. Длина 4-й секции из расчета на растяжение:
м,
а ее вес Н = 112 кН = 0,112 МН.
Общий вес четырех секций составляет 0,7294 МН.
Пятую секцию комплектуем из труб с мм ( МН; Н).
Длина 5-й секции м.
Принимаем м; вес ее кН = 0,064 МН.
Так как МПа, коэффициент запаса прочности для труб секции также недостаточен.
Общий вес колонны МН.
Результаты расчетов сводим в таблицу 3.
Таблица 3 – Результаты расчета эксплуатационной колонны
Номер секции снизу вверх | Толщина стенки d, мм | Интервал спуска труб, м | Длина секции, м | Вес 1 м трубы, Н | Вес секции, МН | ||
1 | 9 | 2830-2900 | 70 | 312 | 0,0218 | ||
2 | 8 | 2230-2830 | 600 | 280 | 0,168 | ||
3 | 7 | 505-2230 | 1725 | 248 | 0,4276 | ||
4 | 8 | 105-505 | 400 | 280 | 0,112 | ||
5 | 9 | 0-105 | 105 | 312 | 0,064 | ||
Всего:
| 0-2900 | 2900 | – | 0,7934 |
Примечание: Трубы изготовлены из стали группы прочности Д.
4. Расчеты при спуске обсадной колонны
4.1. Определение удлинения обсадной колонны в результате растяжения под действием собственного веса
Определить удлинение обсадной колонны в результате растяжения под действием собственного веса, если диаметр обсадной колонны 219 мм, толщина стенки труб Δтр. =12,7 мм, глубина спуска обсадной колонны 2100 м.
Решение:
а) Рассчитываем вес обсадной колонны с учетом её глубины спуска и массы 1 погонного метра (масса 1 п.м. m о.т. = 64,6 кг). Для данного случая вес обсадной колонны составляет - 1,62 МН.
б)Определяем площадь сечения труб.
F = 0,785 (Dнар.2 – dвн.2),
где: Dнар. – наружный диаметр обсадных труб, см;
d вн. – внутренний диаметр обсадных труб, см;
F = 0,785(21,912 -19,372) = 82,31 см2
в)Рассчитываем удлинение обсадной колонны по формуле:
λ = QL / EF,
где: Q – вес обсадной колонны, МН;
L – длина колонны, м;
E – модуль упругости, МПа;
F – площадь поперечного сечения трубы, м2.
Подставляя данные в формулу, выполняем расчет:
|
|
λ = 1,62·2100 / 2,1· 105 · 82,31 · 10-4 = 2 м
Таким образом, удлинение обсадной колонны в результате её растяжения под действием собственного веса (без учета действия выталкивающей силы промывочной жидкостью) составляет 2,34 м.
4.2.Определения разгрузки обсадной колонны при её спуске в скважину.
Определить на сколько разгрузится обсадная колонна диаметром 219 мм. если спустить её с обратным клапаном без долива в скважину глубиной 1250 м, заполненную буровым раствором плотностью 1,25 г/см3; толщина стенки обсадных труб 9 мм (масса 1 п.м. m о.т. = 48,2 кг).
Решение.
а) Рассчитываем вес обсадной колонны с учетом её глубины спуска и массы 1 погонного метра (масса 1 п.м. m о.т. = 48,2 кг). Для данного случая вес обсадной колонны составляет Q1 = 0,964 МН.
б) Определяем вытесняемый объем бурового раствора по формуле
V1 = 0,785 · Dнар.2 · L = 0,785 ·0,21912 · 1250 = 47,1 м3
в) Находим массу вытесняемого объёма бурового раствора по формуле:
mб.р. = V1 · ρб.р. = 47,1 · 1,25 = 58,89 т = 0,5889 МН
где: ρб.р. – плотность бурового раствора, т/м3.
г) Разгрузка обсадной колонны:
Q1 - Q2 = 0,964 – 0,5889 = 0,3751 МН
4.3. Определения количества промывочной жидкости доливаемой в колонну при спуске её с обратным клапаном
Определить, какое количество бурового раствора надо долить в обсадную колонну диаметром 219 мм с толщиной стенки 9 мм, спускаемую с обратным клапаном на глубину 2100 м в скважину, заполненную буровым раствором плотностью ρб.р. = 1,25 т/м3, чтобы разгрузить её до 0,4 МН.
Решение.
а) Рассчитываем вес обсадной колонны с учетом её глубины спуска и массы 1 погонного метра (масса 1 п.м. m о.т. = 48,20 кг). Для данного случая вес обсадной колонны составляет Q1 = 1,3 МН.
б)Определяем вытесняемый объем бурового раствора:
V1 = 0,785 · Dнар.2 · L = 0,785 ·0,21912 · 2100 = 79,14 м3
в)Определяем вес вытесняемого бурового раствора:
Q2 = 79,14 · 1,2 / 100 = 0,95 МН
г) Определяем вес, на величину которого колонна станет легче:
QΔ = 1,3 – 0,95 = 0,35 МН
д) Для того, чтобы разгрузить вес колонны до 0,4 МН необходимо долить в колонну определенное количество бурового раствора (Qдол.), которое находят из следующего равенства:
(Q1 + Qдол.) - Q2 = 0,4 МН
Qдол. = 0,4 + Q2 - Q1 = 0,4 + 0,95 – 1,3 = 0,11 МН
е) Определяем, какому объёму соответствует этот вес:
V2 = Qдол. / ρб.р. = 32,1 / 1,25 = 25,68 м3
ж) Определяем высоту столба бурового раствора в колонне:
h = 4 V2 / π dвн.2 = 4 · 25,68 / 3,14 · 0,20112 = 809 м.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 3413; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!