Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Основные теоретические положения

Тема: Конструкции скважин. Проектирование конструкций обсадных колонн.

Задание:1) Рассчитать эксплуатационную колонну для нефтяной скважины в конкретных геолого-технических условиях. 2) Рассчитать эксплуатационную колонну для газовой скважины в конкретных геолого-технических условиях.

 

Основные теоретические положения

 

Обсадные колонны рассчитывают с учетом максимальных значений избыточных наружных (сминающих) и внутренних (разрывающих) давлений, а также осевых нагрузок (при бурении, опробовании, эксплуатации, ремонте скважин и т. д.). Значения внутренних давлений максимальны в период ввода скважин в эксплуатацию (при закрытом устье) или при нагнетании в скважины жидкостей для интенсифи­кации добычи (гидроразрыв). Значения внутренних давлений обычно минимальны при окончании эксплуатации скважин.

 

Условные обозначения, принятые в формулах.

 

Расстояние от устья скважины, м:  
до башмака колонны………………………………………………………..
до уровня тампонажного раствора………………………………………...
до уровня жидкости в колонне…………………………………………….
до пласта, в котором возможны нефтегазоводопроявления…………….
до верхнего конца i-й секции обсадной колонны………………………...
до рассчитываемого сечения………………………………………………
Длина i-й секции обсадной колонны, м………………………………………….
Относительная плотность газа по воздуху………………………………………
Плотность, г/см3:  
опрессовочной жидкости…………………………………………………...
бурового раствора за колонной…………………………………………….
жидкости в колонне………………………………………………………...
тампонажного цементного раствора за колонной………………………..
вышележащих пород (средняя)…………………………………………….
бурового раствора в колонне………………………………………………
жидкости в колонне в процессе проявления (минимальная)…………….
Давление, МПа:  
избыточное внутреннее на устье в период ввода скважины в эксплуатацию……………………………………………………………..
внутреннее избыточное на глубине z……………………………………...
наружное избыточное на глубине z……………………………………….
избыточное критическое наружное, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести……………………………………  
избыточное внутреннее, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести……………………………………………  
пластовое давление на глубине z………………………………………….
наименьшее внутреннее в газонефтяной и газовой скважинах при окончании эксплуатации ………………………………………………... внутреннее на глубине z………………………………………………….  
наружное на глубине z……………………………………………………... опрессовки……………………………………………………………….
Вес колонны, Н (МН):  
1 м i -й секции (теоретический)……………………………………………
i -й секции…………………………………………………………………...
общий вес подобранных секций…………………………………………..
Нагрузка, МН:  
Страгивающая………………………………………………………………
допустимая осевая…………………………………………………………..
Температура газа, К:  
на устье скважины…………………………………………………………..
на забое скважины…………………………………………………………..
Средняя………………………………………………………………………
Коэффициент сжимаемости газа…………………………………………………
Коэффициент разгрузки цементного кольца……………………………………
Коэффициент запаса прочности при расчете:  
на наружное избыточное давление………………………………………...
на внутреннее избыточное давление………………………………………
на растяжение……………………………………………………………….
Коэффициент разгрузки цементного кольца k составляет:  
Диаметр колонны,  
мм……………………. 114-178 194-245 273-324 340-508
Коэффициент k 0,25 0,30 0,35 0,40

 



 

При расчете обсадных колонн рекомендуются трубы следующей овальности:

 

Диаметр труб, мм………………… <219 245-324
Овальность труб…………………. 0,01 0,015 0,02

 

Рекомендуемые величины коэффициентов запаса прочности при расчете:

а) на наружное избыточное давление - : 1,0-1,3 для секций, находящихся в пределах эксплуатационного объекта, в зависимости от устойчивости коллектора; 1,0 - для остальных секций. Эти значения увеличивают на 10 % для интервалов, в которых осевые растягивающие напряжения в колонне превышают 0,5 ;

б) на внутреннее избыточное давление - : 1,15 - для труб диаметром 114-219 мм; 1,52 - свыше 219 мм;

в) на растяжение (страгивание) - (табл. 1).

 

 

Таблица 1

 

Диаметр трубы, мм Длина колонны, м Коэффициент запаса прочности для скважин
вертикальных наклонно-направленных
114-168   178-219 <3000 >3000 <1500 >1500 1,15 1,30 1,30 1,45 1,30 1,30 1,45 1,45

 

В газовых скважинах при L≤1000 м и ≤10 МПа, а также при ≤4 МПа и любом L допустимо считать, что внутреннее давление по всей глубине скважины равно пластовому. По окончании эксплуатации газовой скважины (Н = L) за внутреннее давление принимают наименьшие устьевое и забойное давления для заданного диаметра эксплуатационной колонны.

Внутреннее давление в нагнетательных скважинах определяют с учетом максимальных устьевого и забойного давлений при закачке жидкости или газа. При ремонтных работах, гидроразрывах и т. д. внутреннее давление определяют с учетом максимального устьевого давления.

Если наружное давление в зоне проницаемых пород на зацементированном участке окажется меньше пластового давления, то расчет ведут по последнему. В интервале залегания пород, склонных к текучести, наружное давление определяют по полному горному давлению.

В табл. 2 приведены минимальные избыточные внутренние давления при испытании колонны на герметичность.

Таблица 2

Наружный диаметр колонны, мм Минимальное избыточное внутреннее давление, МПа Наружный диаметр колонны, мм Минимальное избыточное внутреннее давление, МПа
114-127 12,0 219-245 7,0
141-146 10,0 273-351 6,0
9,0 377-426 5,0
178-194 7,5    

 

Расчет обсадных колонн с трапецеидальной резьбой на растяжение проводят, исходя из допустимой нагрузки. При спуске обсадных колонн секциями за длину колонны принимают длину секции.

Расчетные схемы и формулы

На рис. 1 приведены расчетные схемы I-V: первые четыре соответствуют нефтяным скважинам, пятая – газовой скважине.

Точки 1-4 - характерные точки, в которых определяют избыточные наружные давления на стадии окончания эксплуатации; точки а, б, в - характерные точки, в которых определяют внутренние избыточные давления при испытании колонны на герметичность.

Ниже приводятся расчетные формулы.

Схема I. Наружные избыточные давления в точках:

(1)

(2)

(3)

Внутренние избыточные давления в точках:

или (4)

(принимается большая величина)

(5)

при > или

при (6)

Рис.7 Расчетные схемы обсадных колонн

Здесь - минимальное внутреннее давление

при > (7)

или

при (8)

Схема II. Наружные избыточные давления в точках:

(9)

(10)

(11)

(12)

Внутренние избыточные давления в точках:

или (13)

(принимается большая величина)

при > (14)

или при

при > (15)

или

при (16)

Схема III. Наружные избыточные давления в точках:

Внутренние избыточные давления в точках:

или (принимается большая величина)

при >

или

при

Схема IV. Наружные избыточные давления в точках:

,

Внутренние избыточные давления в точках:

или (принимается большая величина)

при > или

при

при >

или

при

Примечание. Для всех приведенных выше схем I-IV:

(17)

Схема V (для газовой скважины). Наружные избыточные давления в точках:

(18)

(19)

Внутренние избыточные давления в точках:

или (принимается большая величина);

при >

или

при

Для газовых скважин:

(20)

(21)

(22)

(23)

Примечания. 1. Если < , то расчетное давление на всем зацементированном участке принимается равным .

2. Если , определенное по составному столбу с учетом разгрузки, окажется больше, чем давление, определенное по столбу бурового раствора за колонной, то расчет проводят по следующим формулам:

а) для нефтяных скважин

при 0≤ ;

при ;

б) для газовых скважин

при 0≤ .

3. Избыточное наружное давление на глубине с учетом пластового давления определяют по формуле

В интервале залегания пород, склонных к текучести, давление определяют по формуле

(24)

4. Избыточное внутреннее давление на глубине с учетом пластового давления определяют по формуле

при > ; (25)

при . (26)

5. Если окажется близким к , длину секции из расчета на растяжение определяют по формуле:

, (27)

где - вес 1 м. труб - секции;

. (28)

 

 

КРИТИЧЕСКИЕ ДАВЛЕНИЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ, МПа
(ГОСТ 632-80)

Таблица 3

Условный наружный диаметр трубы, мм Толщина стенки, мм Группа прочности материала труб
  С   Д   К   Е   Л   М   Р
21,3 27,2 33,0 38,5 24,3 31,5 38,5 45,5 29,3 39,2 48,8 58,0 31,0 42,0 52,8 63,0 33,9 47,0 60,2 73,0 36,2 51,2 66,8 82,0 39,4 57,6 77,5 77,5
17,7 23,1 28,4 33,5 19,9 26,5 32,9 39,2 23,5 32,3 41,1 49,8 24,5 34,3 44,2 53,9 26,5 37,8 49,7 61,5 27,9 40,6 54,3 68,3 29,8 44,6 61,5 79,5
14,7 19,6 24,5 29,2 33,9 38,5 16,3 22,2 28,1 34,0 39,6 45,2 18,8 26,5 34,6 42,6 50,4 53,0 19,6 27,9 36,9 45,8 54,6 63,1 20,8 30,3 40,8 51,6 62,3 73,8 21,7 32,1 44,0 56,6 69,3 81,7 22,9 34,7 48,7 64,4 80,8 97,3
6,5 15,8 18,2 22,9 27,5 32,0 36,4 17,7 20,5 26,2 31,8 37,3 42,7 20,5 24,2 31,9 39,6 47,2 54,6 21,4 25,4 33,9 42,5 51,0 59,3 22,9 27,4 37,3 47,6 58,0 68,1 24,0 29,0 40,0 51,9 64,1 76,1 25,4 31,0 43,9 58,5 74,0 89,9
6,5 11,9 13,8 17,9 22,0 26,0 29,9 34,0 41,5 13,0 15,3 20,2 25,1 30,0 34,8 39,5 48,8 14,6 17,5 23,8 30,4 37,1 43,8 50,3 62,9 15,1 18,2 25,0 38,3 39,7 47,1 54,4 68,5 15,9 19,2 26,9 35,3 44,3 53,3 62,1 79,3 16,4 20,0 28,3 37,8 48,0 58,3 69,1 89,5 17,2 21,1 30,3 41,3 53,6 66,8 80,5 107,8
12,4 16,2 20,0 23,8 27,6 31,3 38,6 13,6 18,1 22,7 27,4 32,0 36,5 45,3 15,3 21,0 27,2 33,5 39,9 46,1 58,2 15,8 22,0 28,7 35,7 42,8 49,8 63,3 16,7 23,5 31,2 39,5 48,0 56,5 73,0 17,3 24,6 33,1 42,5 52,3 62,3 82,0 18,1 26,2 35,5 16,9 59,0 71,7 97,7
10,2 13,6 17,2 20,7 27,7 34,4 11,1 15,1 19,3 23,6 32,0 40,3 12,7 17,2 22,6 28,3 40,0 51,3 12,7 19,9 23,7 30,0 42,9 55,6 13,3 18,9 25,4 32,6 41,1 63,6 13,7 19,7 26,7 34,7 52,5 70,8 14,3 20,7 28,5 37,7 52,1 82,8
7,7 10,5 13,5 8,2 11,4 14,9 8,9 12,7 17,0 9,2 13,1 17,6 9,4 13,6 18,6 9,7 14,1 19,4 10,0 14,7 20,4

Продолжение таблицы 3

16,6 19,7 22,8 18,6 22,4 26,2 21,7 26,7 31,9 22,7 28,2 33,9 24,3 30,6 37,9 25,5 32,5 40,0 27,2 35,1 43,8
5,9 8,1 10,7 13,4 16,2 18,7 24,5 6,2 8,7 11,6 14,8 18,1 21,5 28,2 6,6 9,5 12,9 16,8 21,0 25,5 34,7 6,8 9,8 13,3 17,4 22,0 26,8 37,0 7,0 10,1 13,9 18,4 23,5 29,0 41,0 7,1 10,4 14,4 19,2 24,6 30,7 44,2 7,3 10,7 15,0 20,1 26,2 33,0 49,0
4,4 6,2 8,3 10,6 15,4 4,6 6,6 8,9 11,5 17,2 4,9 7,1 9,7 12,8 19,9 5,0 7,2 10,0 12,8 19,9 5,1 7,4 10,3 13,2 20,8 5,2 7,6 10,6 14,0 23,2 5,3 7,8 11,0 14,1 24,5
5,0 6,7 8,6 10,7 12,9 5,2 7,1 9,3 11,6 14,2 5,5 7,7 10,1 13,1 16,1 5,6 7,8 10,4 13,4 16,7 5,8 8,1 10,1 14,0 17,1 5,9 8,3 11,1 14,4 18,3 6,1 8,5 11,5 15,1 19,2
5,4 7,1 8,9 10,6 5,7 7,5 9,6 11,8 6,8 8,2 10,5 13,2 6,2 8,3 10,8 14,0 6,4 8,6 11,2 14,2 6,5 8,7 11,5 14,7 6,7 9,1 12,0 15,3
4,8 6,3 7,9 9,7 5,1 6,7 8,5 10,5 5,4 7,2 9,3 11,6 5,5 7,3 9,5 12,0 5,6 7,5 9,8 12,5 5,7 7,7 10,1 12,9 5,9 7,9 10,4 13,4
4,4 5,8 7,3 9,0 4,6 6,1 7,8 9,7 4,9 6,6 8,5 10,7 5,0 6,7 8,7 11,0 5,1 6,9 9,0 11,4 5,2 7,0 9,2 11,7 5,3 7,1 9,5 12,2
3,7 4,8 6,2 7,6 3,8 5,1 6,5 8,1 4,0 5,4 7,0 8,9 4,1 5,5 7,1 9,1 4,2 5,6 7,4 9,4 4,2 5,7 7,5 9,6 4,3 5,9 7,7 9,9
3,0 4,0 5,1 6,3 3,1 4,1 5,3 6,7 3,2 4,4 5,7 7,2 3,3 4,4 5,8 7,4 3,4 4,5 6,0 7,6 3,4 4,6 6,1 7,8 3,5 4,7 6,2 8,0
3,5 4,5 5,6 3,7 4,7 6,0 3,8 5,0 6,4 3,9 5,1 6,5 4,0 5,2 6,7 4,0 5,3 6,8 4,1 5,5 7,0
2,8 2,9 3,0 3,1 3,1 3,2 3,3

 

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.