Рекомендации по креплению обсадных колонн, страница 6

Это теоретические предпосылки и их легко проверить на практике. Но уже на этой стадии исследования можно указать на необходимость переосмыслить подход к технологии спуска колонн и их цементированию, оценить роль обратных клапанов при спуске колонн различных диаметров.

Далее можно перейти к оценке средней плотности тела и, в частности, обсадных или бурильных труб, спущенных в скважину и заполненных жидкостью полностью или частично.

Средняя плотность тела определяется как отношение суммы масс труб (металла) и находящихся в них жидкостей к объему тела .

 ^КР =  

где Мм -масса металла, кг/м³. Мр- масса раствора, кг/м³.  - объем тела, м³

Масса металла зависит от диаметра труб, толщины стенок и длины колонны. Масса раствора - от внутреннего объема, высоты столба жидкости в трубах и ее плотности.

Рассчитаем среднюю плотность тела, состоящую из колонны труб диаметром 168 им, длиной 1000 м с толщиной стенки 10 мм, при различной высоте столба раствора (табл. 4.2). Объем раствора при внутреннем диаметре труб 168 мм - 0,017 м³ в погонном  метре.

Таблица 4.6.2 Расчет средней плотности тела

Из данных табл. 4.6.2 видно, что при плотности жидкости в трубах 1000 кг/м³ средняя плотность колонны изменяется от 1797 кг/м³ (пустая) до 2563 кг/м³ (полностью заполненная), что значительно меньше плотности металла, но более плотности бурового или цементного раствора, закачиваемых в скважину.

Казалось бы, что все соответствует естественному ходу процессов. Однако, как архимедово тело, колонна труб, спущенная в скважину, является аномальным. Это связано, во-первых, с тем, что высота тела значительно превышает площадь его основания и, во-вторых, с появлением в скважине гидростатического давления, создаваемого столбами жидкости за трубами и в трубах. При открытом нижнем конце труб и наличии разности в плотностях раствора в трубном и затрубном, она стремится к уравновешиванию переливом или появлением избыточного давления при закрытом устьевом оборудовании. В случае, если закрыт нижний конец, гидростатическое давление действует на площадь, образованную кругом по наружному диаметру трубы, причем противостоит ему уже тело с массой, имеющей среднюю плотность. Это объясняет снижение роли гидростатического давления в подвижке колонн после схватывания цемента, т.е. после того как гидростатическое давление исчезает.

Итак, критическая плотность жидкости определяет плотность жидкости, в которой колонна труб с закрытым нижним концом не будет тонуть, а средняя плотность тела -оценивает влияние архимедовых сил на спущенную в скважину колонну труб, величина которых, в частности, связана с наружным диаметром труб и гидростатическим давлением в эатрубном пространстве. Знание их поможет управлять технологическими процессами спуска и цементирования обсадных колонн.