Техника бурения нефтяных и газовых скважин - Обсадные колонны

 

2.3 Обсадные колонны

 

2.3.1 Расчет обсадных колонн на прочность

 

Обсадные колонны рассчитывают на прочность согласно инструкции, разработанной ВНИИТнефтью [16]. Наблюдения показывают, что обсадные колонны разрушаются под действием избыточных внутренних и наружных давлений, а также собственного веса. Распространены повреждения обсадных колонн вследствие их протирания бурильными трубами при роторном бурении и нарушения герметичности резьбовых соединений.

 

Прочность обсадных колонн рассчитывается по следующим условиям:

 

на внутреннее давление

 

n = pт/pв [n];                                                                                                                                                                  (2.21)

 

на наружное давление

 

S = ркрн ≥ [S];                                                                                                                                                                (2.22)

 

на растяжение

 

K = рст/G ≥ [k],                                                                                                                                                                (2.23)

 

где рт, ркр, рст — предельные внутреннее и наружное давления, и растягивающая нагрузка обсадной колонны; рв, рн, G — избыточные внутреннее и наружное давления, растягивающая нагрузка; п, S, k — запасы прочности по внутреннему, наружному давлению и растягивающей нагрузке; [п], [S], [k] — допускаемые запасы прочности обсадных колонн по внутреннему, наружному давлению и растяжению.

 

Предельное внутреннее давление, характеризующее сопротивляемость трубы внутреннему давлению, определяется по давлению, при котором напряжения в меридиональном сечении трубы достигают предела текучести. Величина этого давления, зависящая от диаметра, толщины стенки и материала трубы, вычисляется по формуле

 

рт = 2δσтс/D,                                                                                                                                                                     (2.24)

 

где δ — номинальная толщина стенки трубы, мм; σт — предел текучести материала труб, МПа; D — наружный диаметр трубы, мм; с— коэффициент, учитывающий допускаемое по ГОСТ 632—80 отклонение толщины стенки трубы от номинального значения (с=0,875).

 

Сопротивление трубы внутреннему давлению, согласно формуле (2.24), возрастает с уменьшением диаметра и увеличением толщины стенки и прочности материала труб. Предельные внутренние давления обсадных труб, рассчитанные по формуле (2.24), приводятся в справочниках по трубам нефтяного сортамента и в других литературных источниках        [40, 42].

 

Предельное наружное давлениеназывается критическим и характеризуется давлением, при котором напряжение в сечении трубы достигает предела текучести. Критическое давление определяется экспериментально либо по формуле Г. М. Саркисова [40].

 

clip_image109                                         (2.25)

clip_image111

 

где sр - предел пропорциональности, который для трубных сталей принимается равным пределу текучести, МПа; Е — модуль упругости, 2,1 ∙ 105 МПа; Кmin= dmin/D; K0= d0/D; r= d0/dmin; dmin= 0,875d; d0=0,905d; r= 1,034;               е - овальность трубы, наибольшее расчетное значение которой для труб диаметром (в мм) составляет: 114—219—0,01, 245—324—0,015; свыше 324—0,02.