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 5

 .

При расчетах на внутреннее давление должно сохраняться условие прочности

,

где n₂ - запас прочности, 

Р_вн - фактическое внутреннее давление в любой точке нефтяной скважины, которое определяется как сумма давлений столбов жидкостей в колонне

  .

Для труб диаметром 114-219 мм, n₂ =1,15, для больших диаметров n₂ =1,45.

В газовой скважине внутреннее давление в любой точке определяется по формуле

 ,

где Р_пл - пластовое давление

       е - основание натурального логарифма 2,72.

  ;         ,

 - относительный удельный вес газа по воздуху, обычно берется равным 0,6.

m - коэффициент сжимаемости газа =0,8.

Значение показателя степени S можно определить по формуле

,

где  - глубина залегания продуктивного пласта;

      Z - отметка, на которой определяется давление;

     Т_ср - средняя температура в стволе скважины по Кельвину, т.е. 273⁰ ± t⁰

 ,

где Т_з и Т_у - забойные устьевые температуры

Лекция №15

4.7. РАСЧЕТ РАВНОПРОЧНЫХ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

4.7.1. Общие положения

Расчет обсадных колонн производится с у четом максимальных значений избыточных наружных сминающих и внутренних давлений, а также осевых страгивающих нагрузок. Расчет обсадных колонн нефтяных скважин производится на сминающее наружное давление и страгивающую нагрузку. Отдельные секции проверяются на внутреннее давление. Обсадная колонна для газовых скважин рассчитывается на внутреннее давление, сминающее давление и страгивающую нагрузку.

Сминающее наружное давление достигает максимальных значений у забоя скважины или против пластов с аномально высокими давлениями. У устья скважины сминающее давление равно нулю. Страгивающая нагрузка наибольшее значение имеет у устья и равно нулю у забоя.

Внутреннее давление в нефтяных скважинах в различных участках колонны может быть различным. При эксплуатации скважины оно имеет наибольшее значение у забоя и уменьшается к устью. При испытании колонны на герметичность внутреннее давление наибольшее у устья и уменьшается к забою. То же и при ремонтно-изоляционных работах без применения пакера. С применением пакера давление имеет максимальное значение под пакером.

В газовых скважинах внутреннее давление максимальное у забоя и уменьшается к устью. Ввиду того, что внешнее сминающее давление и страгивающая нагрузка изменяются противоположно, то для того, чтобы обсадная колонна была равнопрочной, ее подбирают из отдельных секций труб различных марок и толщин стенок.

Расчет равнопрочных обсадных колонн производится снизу вверх. Нижняя часть колонны, как правило, рассчитывается на сминающее наружное давление и внутреннее, а верхняя часть на страгивающую нагрузку и внутреннее давление. Другие нагрузки, действующие на обсадные колонны в различные сроки службы скважины, учитываются коэффициентами запаса прочности (n₁ - на смятие, n₂ - на избыточное внешнее давление, n₃ - на страгивающую нагрузку).

4.7.2. Определение давлений, действующих на обсадную колонну

Н - глубина снижения уровня жидкости в колонне, м

 h - высота подъема цементного раствора, м.

 Z - расстояние от устья скважины до рассматриваемого сечения.

 r_р, r_ц, r_в, r_н, r_ж - плотности : промывочной жидкости, цементного раствора, воды, нефти, жидкости в колонне, кг/м³.       

Внутреннее давление

Внутреннее давление определяется для различных процессов и времени, при которых это давление достигает максимальных и минимальных значений.

Внутреннее давление достигает максимальных значений в период ввода скважины в эксплуатацию или в период нагнетания жидкости или газа в скважину (при ремонтно-изоляционных работах, опрессовке, гидроразрывах пласта). Минимальные значения внутреннего давления отмечаются  при окончании эксплуатации скважины. Внутреннее давление в любой точке для  нефтяной скважины в период ввода скважины в эксплуатацию (рис.24 а)               определяется по следующему выражению