Расчет усилия натяжения обсадных колонн

При обвязке устья скважины определяют величину натяжения обсадных колонн, исходя из условия сохранения прямолинейной формы незацементированной части колонны при изменении температуры и давления.

В случае наклонно направленных скважин расчет натяжения производят только для вертикального незацементированного участка колонны.

Величину натяжения обсадной колонны, которая не подвергается воздействию температур и внутреннего избыточного давления, или условия ее работы неизвестны определяют по формуле

Q_н ³ Q_{о ,} (31)

где Q_н – усилия натяжения, кН;

Q_о - вес свободной (незацементированной) части колонны, кН.

Минимальное значение усилия натяжения для скважин любого назначения определяют по наибольшему значению, вычисленному по формулам

(32)

где Р₁ – осевое усилие от действия температурных изменений в колонне, кН;

Р₁ = aЕFDt × 10^-3 (33)

Р₂ – осевое усилие от действия внутреннего устьевого давления при эксплуатации, кН;

Р₂ = 0,31 Р ² × 10⁺³ (34)

Р₃ – осевое усилие от действия внутреннего и внешнего гидростатических давлений, кН;

Р₃ = 0,655L_сч × (D²g_р - d² g_в) × 10^-3 , (35)

где Р₃ – внутреннее устьевое давление в колонне при эксплуатации, МПа;

L_сч – длина свободной части колонны, м;

D, – соответственно наружный и внутренний диаметры обсадной

колонны, м;

(36)

где l₁, l₂ - l_n – длины секций обсадной колонны, м;

g_р, g_{в -} удельные веса жидкости за колонной и внутри нее в

процессе эксплуатации, н/м³;

a - коэффициент линейного расширения, 1/⁰С;

a = 12 × 10^-6;

Е – модуль упругости материала трубы, Па;

Е = 2 × 10¹¹;

Dt – средняя температура нагрева (охлаждения) колонны, ⁰С. При нагревании положительна, при охлаждении – отрицательна.

Приближенное значение Dt может быть определено по формуле

,⁰С (37)

где t₁, t₂ – температура колонны до эксплуатации соответственно на устье

и на уровне цементного кольца, ⁰С;

, ⁰С (38)

t₃, t₄ - температура жидкости за колонной в процессе эксплуатации,

соответственно у устья и на уровне цементного кольца

,⁰С (39)

t_о – температура на забое, определенная по геотермическому градиенту

,⁰С (40)

где Т_о – температура на глубине 1000 м (20 - 90 ⁰С)

t_z – геотермический градиент ⁰С/100 м (t_z = 1 - 8)

t₃ – обычно принимается на 20 - 30 ⁰С меньше температуры на забое.

После натяжения колонны должны соблюдаться следующие условия прочности

(41)

(42)

где g_р = g_р - ; g_в = g_в - ;

, - удельные веса жидкости в скважине после спуска и

цементирования колонны, Н\м³;

[P] - допустимая осевая нагрузка на обсадные трубы, кН.

В случае не выполнения указанных условий следует увеличить прочность обсадных труб в интервале не зацементированного участка колонны.