Определение верхней границы прихвата колонны труб

Самый простой способ определения верхней границы прихвата – приближенный расчет, при котором считают, что каждые 1000 метров труб, свободных от прихвата, при натяжении с усилием на 200 кН, превышающим их собственный вес, удлиняются следующим образом:

Диаметр трубы, мм 114 127 140 168

Удлинение, м 0,35 0,3 0,25 0,2

Для одноразмерных труб верхнюю границу прихвата или длину свободной части труб находят по формуле

L = 1,05 [10FЕ/(Р₂-Р₁)] l

Где 1,05-коэффициент, учитывающий наличие жестких замков;

Е- модуль Юнга (0,21 • 10⁶ МПа);

F — площадь поперечного сечения трубы, см²;

Р₂ и Р₁ — растяги­вающие усилия, Н;

l - удлине­ние колонны, см.

Удлинение l и растягивающие усилия Р₁ и Р₂ определяют сле­дующим образом. 1.Прикладывают к. колонне усилие Р₁, которое должно превышать на пять делений показания индикатора веса, соответствующие весу бурильных труб до прихвата, и делают отметку на ведущей трубе напротив неподвижной плоскости стола ротора.

2. Повторно натягивают колонну с усилием, превышающим на пять делений первоначальное, и быстро снимают его до первона­чального веса (Р₁). Разница меж­ду первой и второй отметками объясняется трением в роликах талевого механизма.

3. Делят расстояние между пер­выми двумя отметками пополам и принимают среднюю черту верх­ней отметки для отсчета.

4. Прикладывают к колонне бурильных труб усилие Р₂ , которое по индикатору веса будет на 10-20 делений превышать усилие Р₁ , и делают новую отметку на ведущей трубе. При этом величина Р₂ должна быть такой, чтобы дефор­мации, вызванные этой силой, на­ходились в зоне упругости мате­риала.

5. Повторно натягивают колон­ну с усилием, не более чем на пять делений превышающим усилие Р₂, затем быстро снижают нагрузку до Р₂ и делают вторую отметку на ведущей трубе.

6. Делят расстояние между двумя последними отметками попо­лам и полученную черту считают нижней отметкой отсчета.

7. Расстояние между верхней и нижней отметками — искомое удлинение l.

Часто попытки определить место прихвата натяжением колонны с усилием меньшим ее собственного веса и напряжением, превышающим предел текучести, приводят к большим погрешностям.

Для многоступенчатой бурильной колонны найдены простые формулы, позволяющие рассчитывать верхнюю границу прихвата.

Исходной служит формула получения суммарного удлинения колонны l под действием силы Р:

l = Н_1*10_* Р/28,1q₁ + L_2*10_* Р/28,1q₂+ L_3*10_* Р/28,1q₃ + L_n*10_* Р/28,1q_n

где Н₁ — длина прихваченной части труб;

L₂, L_{3 ….}L_n - длина соответствующей секции труб;

q_1, q₂, q_{3 ….} q_n - масса одноразмерных по наружному диаметру и толщине стенок труб в воздухе.

Из этого выражения определяют длину неприхваченной части труб Н₁ самой нижней секции L₁ :

Н₁ = q[28,1 l/10 Р – L₂/ q₂ - L₃/ q₃ -…- L_n/ q_n]

Если она окажется отрицательной, то, очевидно, верхняя граница прихвата расположена в вышестоящей секции труб, т.е. надо найти длину неприхваченной части Н₂ второй от низа

секции колонны:

Н₂= q2[(28,1_* l/10 Р) – L₃/q₃ -…- L_n/q_n]

Расчеты продолжают до получения положительного значения

H_i = q₁ [28.1_* l/10 P) - å(Ln/qn)]

Тогда верхняя граница прихвата определяется из уравнения

H = Hi +å Ln

Пример. Прихвачена колонна дли­ной 4000 м, состоящая из трех секций бурильных труб с приваренными замками (ТБПВ).

Для определения верхней границы прихвата приложили усилие Р₂ – Р₁ = 25 кН. При этом удлинение колонны l оказалось равным 50 см. Находим

H₁ =29.8_*(28.1_*50/10_*2.5 – 1000/32.9 – 2000/42.1) =29.8(56.2-30.4-47.5) = -652.6м

Значение Н отрицательное, следо­вательно, верхняя граница прихвата на­ходится выше.

Решая уравнение относительно вто­рой секции Н₂ , получаем

H₂ = 32.9(28.1_*50/10_*2.5 – 2000/42.1) = 32.9(56.2-47.5) = 286.2м

Отсюда длина свободной части бурильной колонны H = 286,2 + 2000 = 2286,2 м.

Таким образом, верхняя граница прихвата находится на глубине 2286,2 м. Однако расчетным путем не всегда можно правильно определить верхнюю границу прихвата, так как скважинные условия существенно влияют на удлинение бурильной колонны. Поэтому необходимо стремиться находить верхнюю границу прихвата с помощью геофизических приборов и, исходя из полученных данных, выбирать способ ликвидации прихвата. Верхняя граница прихвата в стальных бурильных трубах хорошо определяется прихватоопределителем.

Расчет ванны.

Для эффективного действия ванны необходимо, чтобы жидкость, закачиваемая в зону прихвата, перекрывала место прихвата. В скважинах номинального диаметра зону прихвата желательно перекрывать на 50 – 100 метров. Если в скважине имеются каверны, то следует увеличить количество жидкости для перекрытия места прихвата, так как возможны большие расхождения предполагаемых и истинных размеров каверн.

При расчетах ванн разницей между диаметрами турбобуров, УБТ и труб пренебрегают. Для расчета объема жидкости, необходимого для заполнения затрубного пространства, исходят их разницы между диаметрами скважины и диаметрами труб.

При прихвате труб, турбобура и УБТ на забое количество жидкого агента (в м³) для ванны (нефти, кислоты или воды) определяется по формуле

Q =0,785(kD²_д – D²_тр) (Н+h)+0.785d²_вh₁,

где D_д – диаметр скважины, м;

k – коэффициент кавернозности скважины в зоне прихвата;

D_тр – наружный диаметр бурильных труб, м;

Н – высота подъема жидкого агента от забоя до верхней части прихвата, м;

h - высота подъема жидкого агента выше зоны прихвата,м;

d_в – внутренний диаметр труб, м;

h₁ – высота подъема жидкого агента в бурильных трубах, м.

При прихвате бурильной колонны высоко над забоем жидкий агент для ванны должен находиться в зоне прихвата, ниже и выше ее не менее чем на 50 метров.

Количество жидкости находят из выражения

Q =0,785(kD²_д – D²_тр) (Н₁+2h),

где Н₁- высота прихваченного участка колонны, м.

Объем продавочной жидкости Vп вычисляют по формулам:

-при ликвидации прихвата у забоя

Vп = 0,785d²_в(L – h₁)+Vн.л,

где L - длина бурильной колонны, м;

Vн.л – объем жидкости для заполнения нагнетательной линии и подводов к прихваченной колонне,м^3;

- при ликвидации прихвата над забоем

Vп = 0,785[d²_вL +(kD²_д – D²_тр) h₃]+Vн.л,

где h₃ – высота столба продавочной жидкости в затрудном пространстве до места расположения жидкого агента для ванны.