Расчёт обсадной колонны
В случае когда обсадная колонна зацементирована разной плотности, то допускается использовать среднюю плотность раствора с учётом длины каждого интервала. В не зацементированном интервале заполненным промывочной жидкостью, наружное давление определяется, как гидростатическое от столба промывочной жидкости. Где — гидростатическое давление столба промывочной жидкости; — гидростатическое давление… Читать ещё >
Расчёт обсадной колонны (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Основными расчётами обсадных колонн, являются расчёты на наружное и внутреннее избыточное давление и расчёт на растяжение.
Расчёт на внутреннее давление действующее на колонну.
Определим давление на устье при условии, что скважина заполнена пластовой жидкостью:
.
Определим давление опрессовки на забое:
.
Где — опрессовочное давление на устье скважины.
Определим давление в конце эксплуатации:
.
Построим график внутренних давлений.
Рисунок 3. График внутренних давлений.
Расчёт на наружное давление действующее на обсадную колонну.
В не зацементированном интервале заполненным промывочной жидкостью, наружное давление определяется, как гидростатическое от столба промывочной жидкости.
.
В зацементированном интервале до затвердевания цемента, давление определяется по давлению столба промывочной жидкости и цементного раствора.
.
В случае когда обсадная колонна зацементирована разной плотности, то допускается использовать среднюю плотность раствора с учётом длины каждого интервала.
.
Отсюда получим наружное давление до затвердевания цемента:
.
Определим наружное давление после затвердения цемента:
.
где — гидростатическое давление столба промывочной жидкости; - гидростатическое давление жидкости содержащейся в порах затвердевшего цемента.
Построим график наружных давлений.
Рисунок 4. График наружных давлений.
Определим внутренние избыточные давления действующие на обсадную колонну В общем случае внутренние давления определяются как разность внутренних и наружных давлений на один и тот же момент времени, когда внутреннее давление в колонне достигает максимальных значений. Как правило это бывает при опрессовке обсадной колонны. Избыточное давление определяется для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.
По графику 3 и 4 определим характерные точки:
При определении внутреннего избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца — К. Это обусловлено допущениями которые приняты при составлении методики расчёта. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.
Определим наружные избыточные давления Наружные избыточные давления определяются как разность наружных и внутренних давлений на момент когда они достигают максимальных значений. Как правило это относится к моменту эксплуатации скважины. Избыточное давление определяются для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.
При определении наружного избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца — К. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.
Построим график внутренних и наружных избыточных давлений.
Рисунок 5. График наружных и внутренних избыточных давлений.
Рассчитаем обсадную колонну Расчёт начинаем снизу вверх подбирая колонну исходя из расчёта на наружное давление и проверяем полученные данные расчётами на внутреннее давление и растяжение.
Выбираем трубы из [2], для 1 секции d=146мм, =7,7 мм, []=24,3 МПа, []=35МПа, []=1254кН, q=0,265кН, группы прочности Д, где.
dдиаметр обсадной колонны;
— толщина стенки обсадной трубы;
[] - допустимое сминающее давление;
[] - допустимое внутреннее давление при котором возникает предел текучести материала трубы;
[] - допустимая страгивающая нагрузка определённая по формуле Яковлева.
q — вес одного погонного метра трубы.
Рассчитаем на смятие нижнюю трубу первой секции Основой расчёта является следующее уравнение:
.
где — коэффициенты запаса прочности на смятие, соответственно рассчитанной и допускаемой; - расчётное сминающее давление в сечении z по длине обсадной колонны.
Из [3] получим, что в интервалах продуктивных пластов в зависимости от устойчивости коллектора, примем. В остальных интервалах .
.
Определим длину первой секции:
.
Определим вес первой секции:
.
Рассчитаем на разрыв от внутреннего давления верхнюю трубу первой секции Определим по графику 4 внутреннее избыточное давление на глубине.
Основой расчёта является следующее уравнение:
где — коэффициенты запаса прочности, соответственно рассчитанный и допускаемый, [3],.
внутреннее избыточное давление в сечении колонны z.
В интервале где на колонну действуют совместные (сжимающие и растягивающие) нагрузки должно выполнятся следующее условие:
Проверим нижнюю трубу второй секции на действие совместных нагрузок.
условие выполняется.
Выбираем трубы для второй секции: d=146мм, =7,7 мм, []=24,3МПа, []=35МПа, []=1254кН, q=0,256кН, группы прочности Д.
Проверим нижнюю трубу второй секции на растяжение от веса первой секции В основе расчёта используется уравнение:
.
где [np] и np допустимый и расчётный коэффициенты запаса прочности на растяжение, из [3] [np]=1,3.
.
условие выполняется.
Рассчитаем на смятие нижнюю трубу второй секции.
Для определения длины второй секции подбираем трубы для третьей секции: d=146мм, =7,0 мм, []=20.3МПа, []=31,8МПа, []=1136кН, q=0,243кН, группы прочности Д.
Рассчитаем на смятие нижнюю трубу третьей секции Глубину спуска третьей секции определим из графика 4.
Определим длину второй секции:
Определим вес второй секции:
Расчёт на разрыв от внутреннего давления верхней трубы второй секции Определим по графику 5 внутреннее избыточное давление на глубине L=2018м.
Проверим нижнюю трубу третьей секции на действие совместных нагрузок.
Проверим нижнюю трубу третьей секции на растяжение от веса первой и второй секции условие выполняется.
Определим допустимую длину третьей секции:
Следовательно, третья секция может быть применена до устья.
Проверим верхнюю трубу третьей секции на разрыв от внутреннего давления.
Определим по графику 5 внутреннее избыточное давление на глубине L=0 м.
Проверим верхнюю трубу третьей секции на растяжение от веса первой и второй секции:
Определим вес третьей секции:
условие выполняется.
Таблица 2.1.
№ секции. | Длина, Li, м. | Группа прочности. | Толщина стенки, мм. | Вес погонного метра, кН. | Вес секции, кН. | Фактические. | ||
nсм. | nв. | np. | ||||||
Д. | 7,7. | 0,265. | 42,4. | 1,16. | 4,6. | 29,5. | ||
Д. | 7,7. | 0,265. | 1,2. | 3,7. | 5,3. | |||
Д. | 7,0. | 0,243. | 461,7. | 1,19. | 2,5. | 1,69. |