Техника бурения нефтяных и газовых скважин - Избыточные давления

 

Избыточные давления вычисляют по наиболее опасному сочетанию внутренних и наружных давлений, действующих на обсадную колонну при опробовании, эксплуатации и ремонте скважины.

 

Избыточное наружное давление для первых разведочных скважин определяют по формулам:

 

при расчете колонн нефтяных скважин

 

clip_image115                                                                (2.27)

 

clip_image117                                           (2.28)

 

при расчете колонн газовых скважин

 

clip_image119                                               (2.29)

 

Здесь H- расстояние от устья до уровня жидкости в колонне, м; z- расстояние от устья скважины до рассчитываемого сечения, м; L — глубина скважины, м; рmin— наименьшее внутреннее давление в газонефтяной или газовой скважине при окончании эксплуатации, Па; rр - плотность бурового раствора за колонной, кг/м3; r - плотность жидкости внутри колонны, кг/м3; g- ускорение свободного падения, м/с2.

 

Внутреннее наименьшее давление принимают по устьевому и забойному давлению в конце эксплуатации скважины, а распределение давления по длине колонны принимается линейным. Избыточное наружное давление в незацементированных и зацементированных зонах с учетом пластового давления для достаточно изученных районов рассчитывают по уточненным геологическим данным.

 

Растягивающую нагрузку от собственной массыспущенной колонны определяют по формуле

 

clip_image121                                                                                      (2.30)

 

где m- число секций обсадной колонны;li- длина i-й секции обсадной колонны, м; qi- теоретическая масса 1 м труб в i-й секции обсадной колонны (приводится в справочниках по обсадным трубам), кг.

 

Конструкция колонны состоит из отдельных секций труб, удовлетворяющих условию равнопрочности. Для выбора равнопрочных секций эксплуатационную обсадную колонну рассчитывают в следующем порядке.

 

1.  По формулам (2.27) - (2.29) находят наружные избыточные давления при глубинах z= 0, z= Н и z= Lи строят эпюру действующих по длине колонны наружных давлений.

 

2.  По табл. 2.5 принимают запас прочности [S1] по наружному давлению pHI и затем по справочным данным выбирают для I секции обсадную трубу, критическое сминающее давление которой удовлетворяет условию (2.22): ркрI= РHI[S1].

 

3.  Задаваясь длиной I секции l1 которая должна быть равна высоте эксплуатационного горизонта, по эпюре либо по формулам (2.27) - (2.29) определяют наружное давление РHII на нижнем конце II секции, т. е. на глубине L2 = L1-l1, где L1 = L- длина колонны от устья до башмака.

 

Вес I секции G1 = l1q1g, где q1 - теоретическая масса 1 м труб Iсекции, кг.

 

4.  Приняв запас прочности для остальных секций труб [S], выбирают трубы для II секции по условию: ркрII³pHII[S].

 

5.  Для определения длины II секции предварительно выбирают трубы III секции. Вследствие сравнительно меньшей глубины подвески критическое давление труб III секции ркрIII < ркрII. Исходя из ркрIII, можно вычислить предельную глубину спуска труб IIIсекции по формуле

 

 
  clip_image123

 

 

 

 

Длина II секции колонны l2 = L2L3; вес II секции G2 = l2q2g.

 

6. Для определения длины III секции l3 необходимо выбрать трубы IV секции, определить pкрIVпо таблице и рассчитать предельную глубину их спуска:

 

clip_image125

Длина III секции колонны l3 = L4L3; в III секции G3 = l3q3g.

 

7. Аналогично рассчитывают длины последующих верхних секций колонны, пока clip_image127

 

Если clip_image129 окажется близкой к Pст i, то длину i-й секции определяют из расчета на растяжение по условию (2.23):

clip_image131

откуда

 

clip_image133

где Рст iстрагивающая нагрузка труб i-й секции; [k] - запас прочности по растяжению (принимается по табл. 2.5); [Рст i] — допускаемая страгивающая нагрузка труб i-й секции.

 

Секция iразделяет колонну на две части, из которых нижняя рассчитана по наружному давлению, а верхняя — на растяжение. Прочность труб

 

(i + 1)-й и последующих секций по мере приближения к устью должна возрастать вследствие увеличения собственного веса колонны.

 

8. Для определения длины (i + 1)-й секции выбирают трубы этой секции, имеющие страгивающую нагрузку Pст(i+1). Длина (i+1)-йсекции

 

так как согласно предыдущему

 

clip_image135

так как согласно предыдущему

 

clip_image137

Аналогично рассчитывают длины последующих верхних секций, пока общая длина всех секций не станет равной длине проектируемой обсадной колонны:

 

L = l1+l2+…+li+…lm.

 

Общий вес колонны

 

clip_image139

 

Рассмотренная методика применима для расчета прочности промежуточной обсадной колонны. При отсутствии наружного избыточного давления эту колонну рассчитывают по растягивающей нагрузке и внутреннему избыточному давлению. У устья скважины и над башмаком промежуточной колонны устанавливают 100—150 м труб с толщиной стенки 10 мм и более для предупреждения протирания труб в процессе бурения и спускоподъемных операций. Пример расчета обсадных колонн приведен в табл. ЗП приложения.