Крепление скважин. Элементы конструкции скважины. Нагрузки и напряжения, действующие на обсадные трубы и расчетные формулы. Расчет равнопрочных обсадных колонн. Тепловой расчет обсадных колонн, подвеска колонны, оборудование устья скважины, страница 4

3. Избыточные внешнее (сминающее) давление за счет разности наружного и внутреннего давления в колонне и давления горных пород.

4. Внутреннее давление, особенно в газовых скважинах.

5. Напряжения изгиба при спуске колонны в искривленные или наклонные скважины.

Кроме того, в колоннах могут возникать дополнительные нагрузки и напряжения:

а) от расхаживания колонны при прихватах;

б) динамическая нагрузка при спуске и торможении.

в) при цементировании скважины;

г) от температурного изменения в скважине.

4.6.1. Определение напряжений растяжения (сжатия)

Напряжения растяжения достигают максимальной величины у устья скважины в конце спуска колонны, а напряжения сжатия у забоя при частичной посадке колонны на забой.

Те и другие напряжения определяются

 ,

где  - вес колонны при определении напряжения растяжения или вес сжатой части при определении напряжения сжатия, кгс.

 - площадь сечения трубы, см².

4.6.2. Определение страгивающих нагрузок

Нарезанные концы труб ослаблены резьбой и опасное сечение будет находиться не в теле трубы, а по впадине первой полной нитки резьбы. Страгивающая  нагрузка, при которой напряжения в теле трубы по впадине первой полной нитки достигают предела текучести, определяется по формуле Яковлева-Шумилова

 ,

 ,

где D  - наружный диаметр трубы, см;

D_р - расчетный диаметр трубы, см;

 - толщина стенки трубы во впадине первой полной нитки, см;

s_т - предел текучести, кгс/см²;

       длина полных ниток резьбы, см

a  - угол профиля резьбы = 60⁰;

j  - угол трения стали по стали 7-11⁰, обычно 9⁰;

h - коэффициент разгрузки

d - номинальная толщина стенки трубы, см.

При расчете труб на страгивание должно сохраняться условие прочности

где Q - вес колонны

где  q₁ и q₂  - вес 1 пог.м труб определенной толщины, кгс/м;

          - длины секций колонны с одинаковой толщиной стенки, м.

Запас прочности (n₃) для различных колонн и скважин приведен в табл.1.

Таблица 1

Диаметр трубы	Длина колонны	Запас прочности n3
мм	м	верт. Скважины	н/напр. скв.
114-168	до 3000 свыше 3000	1, 15 1, 3	1, 3 1, 45
178-245	до 1500 свыше 1500	1, 3 1, 45	1, 45 1, 45
273-324	до 1500 свыше 1500	1, 45 1, 6	1, 6 1, 6
340-503	до 1500 свыше 1500	1, 6 1, 75	1, 75 1, 75

При расчете колонны из труб с резьбой трапецеидального профиля допустимые нагрузки на растяжение определяют по формуле

,

где Р_раз - разрушающая нагрузка;

 n₃ =1,8.

4.6.3. Определение критического сминающего давления

Определение критического сминающего давления при котором напряжение в теле трубы достигает предела текучести производится по формуле Саркисова (АзНИИ). Эта формула учитывает влияние овальности и разностенности труб

         ,

где:

D_Н - наружный диаметр трубы, см;

d_Н  - номинальная толщина стенки трубы, см;

d₀ - расчетная величина стенки трубы, см;

d_min - минимальная толщина стенки, см;

Е - модуль упругости Юнга ; Е=2,1×10⁶кг/см²;

d_т - предел текучести, кг/см².

Рис.23 Разностенность и овальность

Коэффициенты К₀, К_min и r учитывают разностенность труб, а коэффициент  e - овальность.

    

.

Для труб диаметром до 219 мм включительно е = 0,01, для труб диаметром 245-423 е = 0,015, для большего диаметра е = 0,02.

При расчете обсадных труб на критическое сминающее давление должно сохраняться условие прочности

,

где Р_см - фактическое сминающее давление в затрубном пространстве. Оно определяется как сумма давлений столбов жидкости в затрубном пространстве

.

Это давление равно нулю у устья и максимальное у забоя.

Для секций обсадных колонн, находящихся в пределах эксплуатационного объекта запас прочности на смятие n_см =1,0-1,3.

Для вышележащих секций n₁=1,0.

4.6.4. Внутреннее давление

Внутреннее давление, при котором наибольшее напряжение в трубах достигает предела текучести, определяется по формуле Барлоу