4.4 Расчет избыточных внутренних давлений.

Согласно определению, избыточные внутренние давления равны разности:

Р_виz=Р^`_вz –Р_иz.

При расчете обсадных колонн избыточные внутренние давления определяются при испытании колонны опрессовкой или при вводе скважины в эксплуатацию с закрытой задвижкой. Определим давление на устье скважины. Согласно формуле при z=0

Р_ву=Р_плL-γ_ж(L-H_г)·10^-6=30,5-1000∙9,81·(2500-900)·10^-6=14,8МПа

Что больше минимально необходимого давления при опрессовке, равного, 9,5МПа: 1,1·14,8>9,5.

Р_виz=Р_ву+Р_вz-Р_нz

При z=950м Р_ви=1,1·14,8+0,49-10,85=5,92МПа

При z=1000м Р_ви=1,1·14,8+0,98-11,4=5,86МПа

При z=1500м Р_ви=1,1·14,8+5,89-20=2,17МПа

При z=2450м Р_ви=1,1·14,8+15,2-30=1,48МПа

При z=2500м Р_ви=1,1·14,8+15,7-30,5=1,47МПа

По полученным данным построим эпюру избыточных внутренних давлений рис.1.

Рисунок 1. Эпюры давлений

5.Расчет эксплуатационной колонны

5.1 Проектирование колонны

Составим таблицу труб диаметром 178мм, которые могут быть использованы при проектировании колонны (трубы исполнения А с треугольной резьбой ГОСТ 632-80) (табл.7).

Таблица 7.

Параметры обсадных труб диаметром 178мм для расчета колонны.

δ, мм	Группа прочности	Ркр, МПа	Рm, МПа	Qm, кН	Qcm, кН	q, кН/м
5,9	Д	9,8	22,1	1216	617	0,252
6,9	Д	14,4	25,8	1412	823	0,293
8,1	Д	20,3	30,3	1626	1010	0,338
9,2	Д	25,9	34,3	1842	1176	0,382
10,4	Д	31,7	38,8	2078	1333	0,427

Выбираем трубы для 1-й секции. В зоне продуктивного пласта максимальное наружное избыточное давление Р_ниL=16МПа, расчетное критическое давление:

Р_кр= [n₁]∙P_ниL=1,2·16=19,2МПа.

По критическому давлению выбираем для 1-й секции трубы 178х8,1 группы прочности Д с параметрами:

Р_кр=20,3МПа; Р_m=30,3МПа; Q_m=1626кН; q=0,338кН/м.

Принимаем ориентировочно длину первой секции L₁=100м (50м мощность продуктивного пласта и на 50м выше его кровли). Вес первой секции:

Q₁=q∙L₁=0,338∙100=33,8кН

Длину 1-й секции уточняем из условия обеспечения прочности нижнего сечения 2-й секции. Оно находится на глубине z:

Z=L-L₁=2500-100=2400м,

Где согласно эпюре, избыточное наружное давление Р_ни2=15,3МПа. Запас прочности выше продуктивного пласта n₁=1. Для 2-й секции выбираем трубы 178х8,1 группы прочности Д с параметрами:

Р_кр=20,3МПа; Р_m=30,3МПа; Q_m=1626кН; q=0,338кН/м.

На нижнее сечение 2-й секции действуют две нагрузки: давление и вес 1-й секции. Определим его прочность с учетом двухосного напряженного состояния:

>Р_ни2=15,3МПа

Следовательно, трубы 178х8,1 обеспечивают прочность колонны на этой глубине.

Для определения длины 2-й секции следует выбрать трубы для 3-й секции. Это будут трубы меньшей прочности 178х6,9 группы прочности Д с параметрами:

Р_кр=14,4МПа; Р_m=25,8МПа; Q_m=1412кН; q=0,293кН/м.

По эпюре определяем, что давление 14,4МПа действует на глубине 1450м. Определяем ориентировочную длину 2-й секции:

L₂=L-l₁-z=2500-100-1450=950м

Ориентировочный вес 2-й секции

Q₂=q₂∙L₂=0,338∙950=321,1кН

Допускаемое критическое давление на нижнее сечение трубы 3-й секции с учетом этой нагрузки:

По эпюре определяем, что давление Р_ниz=13,3МПа действует на глубине z=1400м

Определяем уточненную длину 2-й секции:

l₂=L-l₁-z=2500-100-1400=1000м

Поскольку первая и вторая секции состоят из одинаковых труб 178х6,9 группы прочности Д мы можем объединить их в одну секцию (в дальнейших расчетах она будет называться 1-й секцией), тогда длина этой секции будет равна:

l_1,2=l₁+l₂=100+1000=1100м

А вес:

Q_1,2=q_1,2∙l_1,2=0,338∙1100=371,8кН

Проверим прочность верхнего сечения 1-й секции на действие внутреннего давления. По эпюре Р_ви1400=2,3МПа, что намного меньше Р_m=30,3МПа.

Проверим прочность этого сечения на страгивание:

>1,15

Следовательно, прочность 1-й секции по внутреннему давлению и усилию страгивания обеспечиваются с большим запасом.

Длину 3-й секции выбираем из условия обеспечения прочности нижнего сечения 4-й секции. По таблице выбираем для 4=й секции трубы 178х5,9 группы прочности Д с параметрами:

Р_кр=9,8МПа; Р_m=22,1МПа; Q_m=1216кН; q=0,252кН/м.

По эпюре определяем, что давление 9,8МПа действует на глубине 870м. Определяем ориентировочную длину 3-й секции:

L₃=L-l_1,2-z=2500-1100-870=530м

Ориентировочный вес 3-й секции

Q₃=q₃∙L₃=0,293∙530=155,3кН

Допускаемое критическое давление на нижнее сечение трубы 4-й секции с учетом этой нагрузки:

По эпюре определяем, что давление Р_ниz=8,5МПа действует на глубине z=800м

Определяем уточненную длину 3-й секции

l₃=L-l_1,2-z=2500-1100-800=600м

Уточненный вес 3-й секции

Q₃=q₃∙l₃=0,293∙600=175,8кН

Проверим прочность верхнего сечения 3-й секции на действие внутреннего давления. По эпюре Р_ви800=10МПа, что намного меньше Р_m=25,8МПа.

Проверим прочность этого сечения на страгивание:

>1,15

Следовательно, прочность 3-й секции по внутреннему давлению и усилию страгивания обеспечиваются.

Хотя предельная прочность колонны по наружному избыточному давлению не достигнута, дальнейшие расчеты проводим из условий прочности на страгивание, так как более слабых труб по Р_кр не существует.

Длинна 4-й секции согласно формуле:

Вес этой секции:

Q₄=q₄∙l₄=0,252∙50=12,6кН

Суммарный вес:

Q_∑=Q_1,2+Q₃+Q₄=371,8+175,8+12,6=560,2кН

Глубина спуска секции

L₄=2500-1100-600-50=750м

По эпюре Р_ви750=11МПа, что намного меньше Р_m=22,1МПа.

Следующая, 5-я секция будет состоять из труб 178х6,9 группы прочности Д. Длинна секции:

Глубина спуска 5-й секции

L₅=2500-1100-600-50-610=140м

Вес 5-й секции:

Q₅=q₅∙l₅=0,293∙610=178,7кН

Суммарный вес:

Q_∑=Q_1,2+Q₃+Q₄+Q₅=371,8+175,8+12,6+178,7=738,9кН

Проверка прочности по внутреннему давлению:

Следующая, 6-я секция будет состоять из труб 178х8,1 группы прочности Д. Длинна секции:

Поскольку глубина скважины 2500м 6-я секция будет последней и ее длина будет 140м.

Ее вес:

Q₆=q₆∙l₆=0,338∙140=47,3кН

Суммарный вес колонны:

Q_∑=Q_1,2+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆=371,8+175,8+12,6+178,7+47,3=786,2кН