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

Qн ³ Qо , (31)

где Qн – усилия натяжения, кН;

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

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

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №1 - открытая онлайн библиотека (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 Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №2 - открытая онлайн библиотека 2 × 10+3 (34)

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

Р3 = 0,655Lсч × (D2gр - d2 gв) × 10-3 , (35)

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

Lсч – длина свободной части колонны, м;

D, Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №2 - открытая онлайн библиотека – соответственно наружный и внутренний диаметры обсадной

колонны, м;

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №4 - открытая онлайн библиотека (36)

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

gр, gв - 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

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №5 - открытая онлайн библиотека ,0С (37)

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

и на уровне цементного кольца, 0С;

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №6 - открытая онлайн библиотека , 0С (38)

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

соответственно у устья и на уровне цементного кольца

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №7 - открытая онлайн библиотека ,0С (39)

tо – температура на забое, определенная по геотермическому градиенту

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №8 - открытая онлайн библиотека ,0С (40)

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

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

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

После натяжения колонны должны соблюдаться следующие условия прочности

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №9 - открытая онлайн библиотека (41)

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №10 - открытая онлайн библиотека (42)

где gр = gр - Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №11 - открытая онлайн библиотека ; gв = gв - Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №12 - открытая онлайн библиотека ;

Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №11 - открытая онлайн библиотека , Расчет усилия натяжения обсадных колонн - №14 - открытая онлайн библиотека - 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.