Условия работы обсадной колонны

Обсадная колонна составляется из обсадных труб с одинаковым наружным, но с различным внутренним диаметром, т. е. обсадная колонна по всей длине имеет несколько секций обсадных труб с различной толщиной стенок. Это объясняется тем, что такая колонна подвергается воздействию различных усилий, значение которых по длине колонны непостоянно.

Верхняя часть обсадной колонны испытывает максимальные растягивающие усилия от собственного веса. Естественно, что эти усилия убывают по прямолинейному закону и становятся равными нулю у низа колонны (если обсадная колонна не уста­новлена на забой скважины).

Нижняя часть обсадной колонны (если она не заполнена жидкостью) испытывает максимальные сминающие усилия от гидростатического давления столба жидкости, находящейся за колонной.

На рис. 5.2,а показано изменение напряжений, возникающих в висячей и не заполненной жидкостью обсадной колонне АБ от растягивающих и сминающих нагрузок (наиболее тяжелые условия работы колонны).

Рисунок 5.2 – Конструкция обсадной колонны

Обсадная колонна должна быть составлена таким образом, чтобы в любом ее сечении не происходило разрыва в муфтовом соединении под действием сил собственного веса и не было смятия труб при гидростатическом давлении столба жидкости, на­ходящейся за колонной.

Чтобы удовлетворить этому условию, обсадную колонну конструируют сначала с учетом только сминающих нагрузок. В этих целях определяют допустимую глубину спуска обсадных труб l₁ с минимальной толщиной стенок δ₁ (рис.5.2). Затем на основании расчетных данных устанавливают допустимую глубину спуска обсадных труб l₂, имеющих ближайшую большую толщину стенок δ₂. Аналогичным образом подбирают допустимые глубины спуска 1₃, 1₄ обсадных труб с более толстыми стенками δ₃, δ₄. Таким образом конструируется обсадная колонна, выдерживающая только сминающие нагрузки.

Обсадную колонну такой конструкции проверяют на прочность в резьбовых соединениях от действия сил собственного веса. Для этого находят разграничивающую зону, ниже которой ни одно резьбовое соединение от собственного веса колонны не разорвется. Выше этой зоны надлежит установить обсадные трубы с большей толщиной стенок, резьбовые соединения которых из-за повышенной прочности будут надежно противостоять силам собственного веса.

Возможен случай, когда замена на длине l₁, обсадных труб с толщиной стенок δ₁ обсадными трубами с толщиной стенок δ₂ удовлетворит условиям расчета на растяжение. Если же такая замена окажется недостаточной, то следует заменить толщину стенок δ₁на δ₃ .Так, подбирая необходимые толщины стенок обсадных труб, получают конструкцию обсадной колонны, удовлетворяющую сминающим и растягивающим нагрузкам (рис. 5.2, в).