Эксплуатационные скважины для освоения месторождений Западной Сибири (стр. 12 из 27)
РНИZ=10-6×qР ×Z при 0 ≤Z≤h. (2.80)
При Z=0: РНИZ=0.
При Z=h=400м: РHИh=10-6×1,08 ×104×400=4,32МПа.
в зацементированной зоне по формуле:
РНИZ= РНZ - 10-6×qВ× (Z- Н) при Н ≤Z≤L. (2.81)
При Z=L0=600м: РHИL0 = РHL0=6,34 МПа;
При Z= S1=2770м: РHИS1 =27,9-10-6×1,0×104× (2770 - 2250) =22,7 МПа;
 |
При Z=L=2825м: РHИL=28,5-10-6×1,0×104× (2825 - 2250) =22,75 МПа.
в) Определяется избыточное наружное давление при освоении скважины:
в незацементированной зоне по формуле (2.80):
При Z=0: РНИZ=0.
При Z=h=400м: РHИh=10-6×1,08 ×104×400=4,32 МПа.
в зацементированной зоне по формуле (2.81):
При Z=L0=600м: РHИL0 = РHL0=6,34 МПа.
При Z= S1=2770м: РHИS1 =27,9-10-6×1,0×104× (2770 - 1830) =18,55 МПа.
При Z=L=2825м: РHИL=28,5-10-6×1,0×104× (2825 -1830) =18,6 МПа.
г) Определяется избыточное наружное давление по окончании эксплуатации скважины:
в незацементированной зоне по формуле (2.80):
При Z=0: РНИZ=0.
При Z=h=400м: РHИh=10-6×1,08 ×104×400=4,32МПа.
в зацементированной зоне по формуле (2.81):
При Z=L0=600м: РHИL0 = РHL0=6,34 МПа.
При Z= S1=2770м: РHИS1 =27,9-10-6×0,95×104× (2770 - 2590) =26,2 МПа.
При Z= 2825м: РHИZ=28,5-10-6×0,95×104× (2825 - 2590) =26,3 МПа, при РHZ=РПЛZ.
При Z= 2770м: РHИZ=28-10-6×0,95×104× (2770 - 2590) =26,2 МПа, при РHZ= =10-6×qГС×Z.
При Z=L=2850м: РHИL=28,7-10-6×0,95×104× (2825 -2590) =26,3 МПа, при РHL=10-6×qГС×L.
Эпюры наружных избыточных давлений строятся для периодов, когда наружные избыточные давления достигают максимальных значений (испытание колонны на герметичность снижением уровня и период окончания эксплуатации скважины).
Строятся эпюры ABCDEABCDIGGIF соответственно рассчитанным значениям наружных избыточных давлений для периодов испытания колонны на герметичность снижением уровня и конца эксплуатации скважины, рис.2.5
Рассчитывается избыточное внутреннее давление при испытании обсадной колонны на герметичность снижением уровня в один прием без пакера.
а). В незацементированной зоне внутреннее избыточное давление определяется по формуле:
РВИZ= РОП - 10-6× (qР - qЖ) ×Z при 0 ≤Z≤h, (2.82)
где РОП - минимальное давление опрессовки, МПа (РОП =12,5 МПа (см. табл.2.1 [12]).
При Z=0: РВИZ=12,5 МПа.
При Z=h=400м: РВИh=12,5 - 10-6× (1,08 - 1,0) ×104×400=12,18 МПа.
б). В зацементированной зоне внутреннее избыточное давление определяется по формуле:
РВИZ= РОП + 10-6×qЖ ×Z- РРЛZ при 0 ≤Z≤h. (2.83)
При Z=L0=600 м: РВИL0=12,5+10-6× 1,0 × 104× 600 - 6,34=12,16 МПа.
При Z= S1=2770 м: РВИS1 =12,5+10-6× 1,0 × 104× 2770 - 27,9=12,3 МПа.
При Z=L=2825м: РВИL=12,5+10-6× 1,0 × 104× 2825 - 28,5=12,25 МПа.
Строится эпюра внутренних избыточных давлений ABCDEрис.2.6
Конструкция обсадной колонны характеризуется: типом труб (их соединений), наружным диаметром обсадных труб, толщиной стенок, а также материалом труб (группой прочности).
Сконструированная колонна должна обеспечить прочность на расчетные виды нагрузок во всех сечениях и в тоже время обладать минимальной, экономически целесообразной материалоемкостью для данных условий.
Диаметр колонны был определен ранее и составляет 146 мм.
Для комплектования обсадной колонны диаметром 146 мм принимаются обсадные трубы муфтового соединения с резьбой трапециидального профиля типа ОТТМ по ГОСТ 632 - 80 исполнения "А", группа прочности стали - "Е".
Основные прочностные характеристики для принятых труб по справочным данным приведены в табл.2.13.
В данном случае профиль ствола скважины - наклонно направленный, поэтому следует учитывать влияние изгиба ствола скважины в зависимости от интенсивности искривления.
Проводится анализ прочностных характеристик: в данном случае даже наименьшая толщина стенки труб должна обеспечить условие:
n2=РВИ /РВИО, (2.84)
где n2 - коэффициент запаса прочности на внутреннее избыточное давление;
РВИО - наибольшее внутреннее избыточное давление, МПа;
РВИ - внутреннее избыточное давление при котором напряжение в теле трубы достигают предела текучести, для меньшей толщины стенки, МПа.
n2=42,9/12,5=3,4>1,15, что допустимо [12].
На основании этого в дальнейшем проверку секций на внутреннее избыточное давление не производится.
Определяются параметры секций по действию наружных давлений, начиная с первой секции.
Расчет параметров секций обсадной колонны проводим для процесса, когда наружное избыточное давление достигает максимальных значений. Согласно рис.2.5 наружные избыточные давления на забое скважины достигают значения РНИL=26,3 МПа. Толщина стенки труб 1-ой секции должна обеспечить такую прочность на наружное избыточное давление, которое удовлетворяет условию:
РIНИL≥PHИL×n1, (2.85)
Таблица 2.13. Основные характеристики для обсадных труб
| Наружный диаметр, м | Толщина стен-ки, мм | Критические давления, МПа | Растягивающие нагрузки, при которых напряжения в теле трубы достигают предела текучести, кН | Внутренние давления, при которых напряжения в теле трубы достигают предела текучести, МПа | Страгивающие нагрузки для соединений труб, кН | Вес 1 м трубы, кН |
| 0,146 | 6,57,07,78,59.510.7 | -27,734,241,650,761,0 | --9831118124514181598 | 42,946,250,856,162,770,6 | 93110191147129414801696 | 0,2260,2430,2650,2900,3210,358 |
РIНИL≥26,3×1,2=31,56 МПа.
По табл.2.13. видно, что этому давлению соответствует трубы с толщиной стенки 7,7 мм, для которых Р1КР=34,2 МПа.
Длина 1-ой секции l1=110 м (60 м плюс 50 м выше кровли эксплуатационного объекта). Вес ее определяется по формуле:
Qi=qi×li, (2.86)
где Qi- вес соответствующей i-ой секции, кН;
qi - вес 1м трубы соответствующей i-ой секции, кН;
li- длина соответствующей i-ой секции, кН.
Q1=0,265 × 110 =29,1 кН.
По эпюре (рис.2.5) находится давление РНИZ на уровне верхнего конца 1-ой секции на глубине 2990 м РНИZ=25,9 МПа. Следующая секция имеет толщину 7,0 мм для которых Р1КР =27,7 МПа. Определяется значения РКР2 для труб второй секции. Из условий двухосного напряжения с учетом растягивающих нагрузок от веса 1-ой секции по формуле:
PIКРi+1= PКРi+1× (1-0,3× (Q i/Q i+1)) МПа, (2.87)
где Qi- вес предыдущей секции, кН;
Qi+1 - растягивающая нагрузка при которой напряжения в теле трубы достигают предела текучести для определяемой секции, кН;
PКРi+1 - наружное избыточное давление на глубине установки определяемой секции, МПа.
PIКР2 = 27,7× (1-0,3× (29,1/983)) =27,45 МПа.
Глубина спуска 2-ой секции принимается равной 2990 м.
Толщина стенки труб 2-ой секции принимается 7,0 мм. Так как наружные избыточные давления к устью продолжают уменьшаться, то трубы с данной толщиной стенки их выдержат. Дальнейший расчет проводится из условия прочности на страгивающие нагрузки в резьбовом соединении. Длина секции определяется по формуле:
li= ([P] - ∑Qi-1) /qiм, (2.88)
qi- вес 1 м труб искомой секции, кН;
∑Qi-1 - общий вес предыдущих секций, кН;
[P] - допустимая нагрузка на растяжение, кН.
Допустимая нагрузка на растяжение определяется по формуле:
[P] =РСТ/nI3 кН, (2.89)
где РСТ - страгивающая нагрузка для соединений труб соответствующей секции, кН.
[P] =1019/1,3= 783,8 кН.
Длина 2-ой секции определяется по формуле (2.88):
l2= (783,8-29,1) /0,243=3105 м
Принимается длина 2-ой секции 2990. Тогда вес 2-ой секции по (2.86):
QI2=2990 × 0,243=726,6 кН.
Вес 2-х секций составит
∑QI= 29,1+726,6=755,7 кН.
Сводные данные о конструкции обсадной колонны приведены в табл.2.14.
Таблица 2.14 Сводные данные о конструкции обсадной колонн
| № п. п.секции | Группа прочности | Толщина стенки,мм | Длина секции,м | Вес, кН | Интервалустановки | ||
| секции | суммарный | 1 м труб | |||||
| I | E | 7,7 | 110 | 29,1 | 29,1 | 0,265 | 3100 -2990 |
| II | E | 7,0 | 2990 | 726,6 | 755,7 | 0,243 | 2990 - 0 |
2.12 Расчёт параметров цементирования
Расчёт параметров цементирования производится по методике изложенной в методическом пособии "Расчёт параметров цементирования обсадных колонн" под редакцией Редутиннског Л. С [13].
Обосновывается способ цементирования.
Под способом цементирования понимается схема доставки тампонажной смеси в затрубное пространство. Поэтому признаку выделяют несколько способов цементирования обсадных колонн: прямой одноступенчатый, прямой двухступенчатый, манжетный, обратный, цементирование "хвостовиков" и секций.
Среди перечисленных способов цементирования наилучшей технологичностью обладает способ прямого одноступенчатого цементирования, к тому же при этом способе можно получить наиболее высокое качество разобщения. Поэтому способ одноступенчатого цементирования всегда предпочтительнее других способов, если применение последних не вызывается необходимостью по горнотехническим условиям.