Расчёт и крепление обсадных колонн (стр. 2 из 7)

Таблица 1.1. Профиль ствола скважины.

Интервал по вертикали, м		Длина интер-валапо верти-кали,м	Зенитный угол, град.		ГоризонтальноеОтклонение,м		Длина по стволу, м
от	до		В начале инт-ла	В конце инт-ла	За интервал	общее	Интервала	Общая
0	145	145	0	0	0	0	145	145
145	272	127	0	19,5	21,39	21	130	275
272	750	478	19,5	19,5	169,24	191	506	781
750	1710	960	19,5	19,5	339,82	530	1019	1800
1710	2589	879	19,5	9,33	219,56	750	908	2708
2589	2700	111	9,33	8,39	17,13	767	111	2819

Профиль скважины состоит из четырех участков (рисунок 1.):

1. Вертикальный участок

2. Интервал набора кривизны

3. Интервал стабилизации зенитного угла

4. Интервал спада зенитного угла

Рисунок 1. Профиль ствола скважины.

Конструкция скважины определяется заданием заказчика (добывающей организации) и геологическими условиями района работ. Обоснование конструкции проводится в два этапа. На первом этапе выбирается метод вхождения в пласт, число обсадных колонн и глубины их спуска. На втором – размеры колонн, диаметры долот, интервалы цементирования.

Расчитаем индексы давления по следующей формуле из [ 1 ]:

.

Результаты расчёта сведём в таблицу 1.2.

Таблица 1.2.

Интервал	Литология	Рпл ,МПа	Рпогл ,МПа	КА	Кпогл
0-450	Q-P3/2	4,5	9	1,02	2,04
450-1130	Р3/2-К2	11,3	22,6	1,02	2,04
1130-1740	К2-К1	17,4	29,6	1,02	1,74
1740-2700	К1	26,7	45,9	1,01	1,73

Рисунок 2. График индексов давлений пластового и гидроразрыва пласта.

Выбор диаметров обсадных колонн и диаметров долот

Проектом разработка предусмотрено использовать эксплуатационную колонну диаметром 146,1 мм.

Диаметр долота для бурения ствола под заданную колонну определяют по формуле:

D_д=D_м+2·δ,

где D_м – диаметр муфты обсадной колонны, мм.

δ=5…40 мм – минимальный зазор.

Диаметры кондуктора и направления можно рассчитать по формуле:

D_к=D_д+2·Δ,

где Δ=3…5 мм – зазор.

Диаметр долота под эксплуатационную колонну:

D_дэ=166 + 2·20=206 мм. По ГОСТ 20-692-75 выбираем D_дэ=215.9 мм.

Диаметр кондуктора :

D_к=215,9+2∙5=225,9 мм, Выбираем D_к=244,5 мм.

Диаметр долота под кондуктор :

D_дк=270+2∙10=290 мм. Выбираем D_дк=295,3 мм.

Диаметр направления :

D_н=295,3 +2∙5=305,3 мм. Выбираем D_н=323,9 мм.

Диаметр долота под направление :

D_дн=351+2∙10=371 мм. Выбираем D_дн=393,7 мм.

Колонна направления нужна для перекрытия водных горизонтов во избежании перемешивания их вод, попадания раствора и твердой фазы в них, которые приводят к экологическим проблемам, а также для исключения обвалов стенок скважины.

2. Расчёт обсадной колонны

Основными расчётами обсадных колонн, являются расчёты на наружное и внутреннее избыточное давление и расчёт на растяжение.

Расчёт на внутреннее давление действующее на колонну.

Определим давление на устье при условии, что скважина заполнена пластовой жидкостью:

.

Определим давление опрессовки на забое:

.

Где

- опрессовочное давление на устье скважины.

Определим давление в конце эксплуатации:

.

Построим график внутренних давлений.

Рисунок 3. График внутренних давлений.

Расчёт на наружное давление действующее на обсадную колонну.

В не зацементированном интервале заполненным промывочной жидкостью, наружное давление определяется, как гидростатическое от столба промывочной жидкости.

.

В зацементированном интервале до затвердевания цемента, давление определяется по давлению столба промывочной жидкости и цементного раствора.

.

В случае когда обсадная колонна зацементирована разной плотности, то допускается использовать среднюю плотность раствора с учётом длины каждого интервала.

.

Отсюда получим наружное давление до затвердевания цемента:

.

Определим наружное давление после затвердения цемента:

,

где

- гидростатическое давление столба промывочной жидкости; - гидростатическое давление жидкости содержащейся в порах затвердевшего цемента.

Построим график наружных давлений.

Рисунок 4. График наружных давлений.

Определим внутренние избыточные давления действующие на обсадную колонну

В общем случае внутренние давления определяются как разность внутренних и наружных давлений на один и тот же момент времени, когда внутреннее давление в колонне достигает максимальных значений. Как правило это бывает при опрессовке обсадной колонны. Избыточное давление определяется для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.

По графику 3 и 4 определим характерные точки:

При определении внутреннего избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца – К. Это обусловлено допущениями которые приняты при составлении методики расчёта. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.

Определим наружные избыточные давления

Наружные избыточные давления определяются как разность наружных и внутренних давлений на момент когда они достигают максимальных значений. Как правило это относится к моменту эксплуатации скважины. Избыточное давление определяются для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.

При определении наружного избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца – К. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.

Построим график внутренних и наружных избыточных давлений.

Рисунок 5. График наружных и внутренних избыточных давлений.

Рассчитаем обсадную колонну

Расчёт начинаем снизу вверх подбирая колонну исходя из расчёта на наружное давление и проверяем полученные данные расчётами на внутреннее давление и растяжение.

Выбираем трубы из [2], для 1 секции d=146мм,

=7,7мм, [ ]=24,3 МПа, [ ]=35МПа, [ ]=1254кН, q=0,265кН, группы прочности Д, где

d- диаметр обсадной колонны;

- толщина стенки обсадной трубы;

[

] – допустимое сминающее давление;

[

] – допустимое внутреннее давление при котором возникает предел текучести материала трубы;

[

] – допустимая страгивающая нагрузка определённая по формуле Яковлева

q – вес одного погонного метра трубы.

Рассчитаем на смятие нижнюю трубу первой секции

Основой расчёта является следующее уравнение:

,