Порядок герметизации устья скважины

8.3. Порядок расчета и выбора конструкций обсадных колонн для наклонно направленных скважин.

Порядок расчета колонн, находящихся под действием внешнего и внутреннего лишних давлений и растяжения, аналогичен для нефтяных и газовых скважин.

До начала расчета колонн выделяют интервалы, в каких происходило отклонение ствола (рис. 8.2) увеличивая любой из их на 20 5 м в сторону устья скважины. Выделяют интервал с наибольшей интенсивностью искривления .

Если интервал с наибольшей интенсивностью искривления является первым от устья скважины (на рис. 8.2. - участок ), то расчет всей части колонны от до на растяжение создают с припасом прочности , приобретенным с учетом , не принимая во внимание и .

Если , то участок колонны рассчитывают с учетом , а участок - с учетом . Если то участок рассчитывают при , при , при .

Рис. 8.2. Профиль наклонной скважины.

Допускаемые длины секций из расчета на растяжение определяют по формуле:

где: Q - общий вес всех нижележащих секций;

- вес один м труб подбираемой секции;

- допустимая нагрузка, определяемая по формулам (5), (7).

При длине вертикального участка менее 100 м допускается принимать припас прочности на растяжение равным принятому для первого нижележащего интервала, в каком выполнялся набор зенитного угла.

Лекция 9. Расчет усилия натяга эксплуатационной колонны.

После образования крепкого цементного камня эксплуатационную колонну обвязывают с предшествующей, обсадной колонной при помощи специальной головки с целью герметизации устья скважины. При освоении и эксплуатации скважины температура и внутреннее давление в колонне, обычно, значительно отличаются от температуры и давления в момент обвязки. Так как после обвязки эксплуатационная колонна утрачивает свободу осевого перемещения, то при изменении температуры либо давления могут появиться осевые силы, довольно огромные, чтоб незацементированный участок колонны утратил прямолинейную форму продольной стойкости, а время от времени даже достаточные, чтоб нарушилась связь меж колонной и цементным камнем.

Одним из методов предотвращения продольного извива нецементированного участка колонны может быть установка в нижней его части компенсатора осевых деформаций.Если крепкость колонны удовлетворяет условиям эксплуатации следует проверить также напряженное состояние колонны при освоение скважины, когда буровой раствор подменяют водой. В данном случае, может быть увеличение напряжения в натянутой и закрепленной на устье колонне из-за остывания и внутреннего давления.Натяжение по формуле два определяется для агрессивно закрепленной колонны, которая для обвязки устья скважины разгружается на цементное; кольцо.Для колонн, которые не разгружаются на цементное кольцо, натяжение также определяется по формуле 2, но должно быть более собственного веса всей колонны .

Большему нагреву незацементированная часть колонны подвергается при фонтанировании. Предельные растягивающие нагрузки могут появиться и при освоении, консервации, глушении, ремонтных работах в скважине, также при нагнетании флюида в пласты. Нужно высчитать температуру участка при этих операциях, найти самую большую величину ее конфигурации по сравнений с "базовым" и высчитать растягивающую нагрузку с учетом причин внутреннего и наружного давления на колонну.

Если хотя бы при одном из вышеназванных процессов суммарное напряжение в теле колонны превзойдет предел прочности обсадных труб, то появляется необходимость выбора более крепких труб.

где: - усилие натяжения, кН;Q - вес свободной (незацементированной) части колонны, кН.Малое значение усилия натяжения для скважин хоть какого предназначения определяют идиентично: по большему значению, вычисленному по формулам:

Расчет натяжения создают для вертикальных скважин.

Для наклонно-направленных скважин рассчитывают натяжение вертикального незацементированного участка колонны.

Зависимо от предназначения следует различать скважины с прогревом в процессе использования свободной от цемента части колонны ( ) и скважины с остыванием в процессе использования свободной от цемента части колонны ( ).

При эксплуатации нагнетательных и газлифтных скважин свободная часть колонны, в особенности в зимнее время, может охлаждаться, укорачиваться, что приведет к появлению дополнительных растягивающих усилий.

В фонтанных и насосных скважинах свободная часть колонны греется, удлиняется и в ней (при обвязанном устье) могут появиться дополнительные сжимающие усилия, ведущие к потере стойкости колонны.

В связи с различными термогидродинамическими критериями в разных по предназначению скважинах появляется необходимость определения не только лишь нижнего, да и верхнего предела усилия натяжения колонны.

Натяжение обсадной колонны в этом случае, когда в процессе использования она не подвергается нагреву (остыванию) и действию внутреннего лишнего давления, также в случае, когда условия работы колонны (давление, температура) неопознаны, определяют, по формуле:

Все расчеты делают на стадии проектирования.Расчет натяжения колонн создают после расчёта колонн.При определении усилия натяжения исходят из необходимости сохранения прямолинейной формы колонны при изменении температуры и давления.

где: - внутреннее устьевое давление в колонне при эксплуатации либо при интенсификации, МПа;

l - длина свободной части колонны, м;

D, d - соответственно внешний и внутренний поперечникы колонны, м. d определяют по средней площади, сечения колонны:

- длины секций обсадной колонны, м;

- надлежащие площади сечения труб в секциях, м два ;

- удельные веса воды за колонной и в ней в процессе использования, Н/м три ;

- коэффициент линейного расширения, 1/°С;

Е - модуль упругости материала трубы, Па;

- средняя температура нагрева (остывания) колонны, °С.

Приближенное значение средней температуры нагрева (остывания) может быть определено в согласовании со схемой (рис. 9.1) из зависимости:

где: - температура колонны до эксплуатации, обычно принимаемая по геотермическому градиенту, °С;

- температура воды за колонной в процессе использования, °С.

При отсутствии данных , определяют приближенно: , где - температура воды, передвигающейся по колонне (у устья и на уровне свободной части),°С.

Рис. 9.1. Изменение температуры в скважине.

Значение усилия натяжения должно составлять:

где: - допустимая осевая нагрузка на трубы колонны, кН.

После натяжения колонны в процессе освоения, эксплуатации и ремонтов должны соблюдаться последующие условия прочности:

где: - вес колонны от устья до рассматривания сечения, кН;

- осевое усилие, возникающее в колонне в итоге температурных конфигураций, кН;

- осевое растягивающее усилие, возникающее в итоге деяния внутреннего устьевого давления в процессе использования, кН;

- осевое усилие, возникающее в колонне в итоге деяния наружного и внутреннего гидростатического давления, кН.

- при нагревании положительна, при охлаждении - отрицательна:

l - расстояние от устья скважины до рассматриваемого сечения, м. На устье ;

- удельные веса воды в скважине после спуска и цементирования колонны, Н/м три .

Другим, более всераспространенным методом является предварительное натяжение колонны при обвязке с таким усилием, чтоб при следующих ожидаемых конфигурациях температуры и давления продольный извив нецементируемого участка был исключен. При всем этом если крепкость труб не удовлетворяет вероятным растягивающим нагрузкам, то нужно использовать более крепкие трубы.Для серьезного учета возникающих дополнительных осевых нагрузок нужно, сначала, высчитать температурный режим участка в момент его натяжения, после окончания ОЗЦ (базовый), а потом вычислить предельные температурные режимы незацементированного участка колонны.