Расчет обсадных колонн

Основными нагрузками при расчете колонны на прочность являются осевые растягивающие нагрузки от собственного веса, а также наружное и внутреннее избыточное давления при цементировании и эксплуатации скважины. Кроме того, на колонну действуют и другие нагрузки:

· осевые динамические нагрузки в период неустановившегося движения колонны;

· осевые нагрузки от сил трения колонны о стенки скважины в процессе ее спуска;

· сжимающие нагрузки от части собственного веса при разгрузке колонны на забой;

· изгибающие нагрузки, возникающие в искривленных скважинах.

Расчет эксплуатационной колонны для нефтяной скважины

Условные обозначения, принятые в формулах:

Расстояние от устья скважины до башмака колонны, м L

Расстояние от устья скважины до тампонажного раствора, м h

Расстояние от устья скважины до уровня жидкости в колонне, м Н

Плотность опрессовочной жидкости, г/см³ r_ОЖ

Плотность бурового раствора за колонной, г/см³ r_БР

Плотность жидкости в колонне r_В

Плотность тампонажного цементного раствора за колонной r_ЦР

Давление избыточное внутреннее на глубине z, МПа Р_ВИz

Давление избыточное наружное на глубине z Р_НИz

Давление избыточное критическое наружное, при котором напряжение

Давление в теле трубы достигает предела текучести Р_КР

Давление пластовое на глубине z Р_ПЛ

Давление опрессовки

Общий вес колонны подобранных секций, Н (МН) Q

Вес 1 м секции труб q

Нагрузка страгивающая, МН Р_СТР

Допустимая осевая нагрузка Р_ДОП

Коэффициент разгрузки цементного кольца k

Коэффициент запаса прочности при расчете на наружное избыточное давление n_КР

Коэффициент запаса прочности при расчете на растяжение n_СТР

Рисунок 69. Схема цементирования скважины

При h > Н Определяем избыточные наружные давления (на стадии окончания эксплуатации) для следующих характерных точек.

1: z = 0; Р_н.иz = 0,01ρ_б.р * z; (86)

2: z = H; Р_{н.и z} = 0,01ρ_{б. р} * H, (МПа); (87)

3: z = h; Р_{н.и z}={0,01 [ρ_б.ph - ρ_в (h - Н)]}, (МПа); (88)

4: z = L; Р_{н.и z} = {0,01 [(ρ_ц.р — ρ_в) L — (ρ_ц._р — ρ_б._р) h + ρ_вH)] (1 — k), ( МПа). (89)

Строим эпюру ABCD (рисунок 70). Для этого в горизон­тальном направлении в приня­том масштабе откладываем зна­чения ρ_{н.и z} в точках 1—4 (см. схему) и эти точки после­довательно соединяем между собой прямолинейными отрез­ками.

Рисунок 70. Эпюры наружных и внутренних

избыточных давлений

Определяем избыточные вну­тренние давления из условия испытания обсадной колонны на герметичность в один прием без пакера.

Давление на устье: Р_у = Р_пл - 0,01 ρ_вL (МПа). (90)