9.5. Типовые расчеты оборудования для фонтанной

скважины

Насосно-компрессорные трубы (НКТ) в фонтанных скважинах подвержены воздействию следующих сил:

Р_р– растягивающих, образующихся за счет суммы сил от собственного веса трубР_т, веса жидкостиР_ж, давления жидкости при промывках и продавках, создаваемого насосомР_н;

Р_в– от внутреннего давления жидкости или газа;

Р_{нтр –} от наружного избыточного давления;

Р_п – изгибающие, возникающие от кривизны скважины или под действием защемления нижнего конца, например, в якоре или опоре на забой.

Величина сил определяется по формулам:

Р_т=q_тL (9.1)

(9.2)

Здесь q_т– вес 1 пот. м.труб.,Н/т,L-глубина подвески,м;_ж– плотность жидкости, кг/м³;d_в – внутренний диаметр НКТ,м. Напряжение в основном теле трубыот действия растягивающих сил составит

, (9.3)

где d_н– наружный диаметр трубы, м.

Напряжение в теле трубы, достигающее предела текучести _т , является предельно допустимым.

Критическое наружное давление Р_нарвызывает смятение труб и определяется по формуле Ламэ.

Р_нар=2к_т(1-к), (9.4)

где

Изгибающая нагрузка Р_н, вызывающая продольный изгиб колонны, определяется по формуле

Р_н=(9.5)

Здесь Е– модуль упругости, Па,J- момент инерции поперечного сечения трубы, см⁴;- коэффициент, учитывающий «потерю» веса труб в жидкости ;q- вес 1м трубы в воздухе, Н;3,5– коэффициент, учитывающий влияние «заделки» труб в якорь.

J=(d_н⁴-d_в⁴) (9.6)

(9.7)

Здесь d_н иd_в– соответственно наружный и внутренний диаметр НКТ, мм;_ж, _г– соответственно плотность скважинной жидкости и газа, кг/м³.

При расчете муфтового соединения в качестве предельной нагрузки принимают растягивающую силу, при которой напряжение достигает напряжение текучести_т, она получила название страгивающей, и ее расчет ведут по формуле Яковлева-Шумилева (9.10) для труб с резьбой треугольного профиля

, (9.10)

где D_ср– средний диаметр муфты в плоскости последнего полного витка резьбы, мм;b- толщина тела трубы под резьбой в основной плоскости, мм,L– длина резьбы до основной плоскости, мм;- угол между опорной поверхностью резьбы и осью трубы, град.;- угол трения для резьбы, принимаемый равным 7-11⁰;- коэффициент разгрузки.

, (9.11)

где S- номинальная толщина трубы, мм.

Величина предельного внутреннего давления Р_в рассчитывается по формуле Барлоу

, (9.12)

где К– коэффициент запаса прочности, равный 2;D_н– номинальный наружный диаметр трубы, мм.

Определение допустимой величины подвески для гладких труб при фонтанной эксплуатации определяется по формуле (для однозамерной колонны):

, (9.13)

где Q_стр– страгивающая нагрузка для выбранных типа и размера труб, н;

К – коэффициент запаса прочности (К=1,3…1,5);

q_тр– вес 1м, Н.

Для двухразмерной колонны определится по формуле

(9.14) (9.15)

(9.16)

Для размерной колонны определится по формуле (рис.9.11)

(9.17)

(9.18)

страгивающие нагрузки соответственно для 1,2,3 ступени колонны;

L₁,L₂,L₃- ступени колонн.

Счет секции ведется снизу вверх. Внизу устанавливаются трубы меньшего диаметра.

Определение допустимой величины подвески для труб с высаженными концами производится по формуле

, (9.14)

где Q₁- растягивающее усилие, соответствующее пределу текучести материала трубы,Н

, (9.19)

где F₁– площадь кольцевого сечения в любом месте трубы, м²;_т– предел текучести,Па.

При работе с пакером необходимо знать:

-силу F_в действующую на пакер сверху;

-силу F_ндействующую на пакер снизу;

-максимально возможную силу удержания пакера F_у.

, (9.20)

где - плотность скважинной жидкости, кг/м³,Н – высота столба жидкости над пакером,м,d_ниd_в – соответственно наружный и внутренний диаметр манжеты пакера, м,q-вес. 1пот.м. труб, н/м,Н₁- глубина подвески, колонны,м.

,

где Р_у – максимальное давление на устье скважины, при котором производится закачка жидкости (или другого агента) в пласт, МПа;Р_г- гидростатическое давление столба жидкости в колонне НКТ до пакера, МПа;Р– гидравлические потери в НКТ, определяемые по формуле Дарси-Вейсбаха, МПа

F_y=F_в-F_н

Если считается, что в затрубном пространстве над пакером жидкости нет, то пакер будет нагружен сверху только весом труб, которого зачастую бывает недостаточно для удержания пакера.

Поэтому, пакер, как правило, снабжается якорем. Сила, удерживающая якорь в заданном интервале F_яопределяется по формуле

, (9.21)

где d-диаметр стерженька, м;Р– перепад давления на стержень, Па;n- число стерженьков;- коэффициент сцепления, принимаемый равным 0,7;- коэффициент запаса, принимаемый равным 1,6.

Для плашковых якорей m=1,= 1,3 , и тогда силаF_я– определится так

(9.22)

Конструкция якоря приведена на рис. 9.5.