Расчет эксплуатационной колонны для нефтяной скважины

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Необходимо рассчитать эксплуатационную колонну диаметром 146 мм для нефтяной скважины при следующих условиях: м, м, м, г/см³, г/см³, г/см³, г/см³; МПа, .

Зона эксплуатационного объекта 2900-2650 м.

Порядок решения задачи следующий: так как ( м), выбираем расчетную схему II. Определяем избыточные наружные давления (на стадии окончания эксплуатации) для следующих характерных точек.

1. ; ;

2. ; МПа;

3. ;

МПа;

4. ;

МПа.

Строим эпюру ABCD (рисунок В.1 Приложение В). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладываем значения точках 1-4 (см рис. 4) и эти точки последовательно соединяем между собой прямолинейными отрезками.

Определяем избыточные внутренние давления из условия испытания обсадной колонны на герметичность в один приём без пакера.

Давление на устье:

МПа.

Точка a. ; МПа.

По таблице критических давлений обсадных труб для 146 мм колонны МПа. Принимаем 17 МПа.

Точка б. м; МПа.

Точка в. м;

МПа.

Строим эпюру ABC (рисунок В.2 Приложение В). Для этого в горизонтальном направлении в принятом масштабе откладывают значения в точках а, б, в (см. рис. 4) и полученные точки соединяют между собой прямолинейными отрезками.

Определяем значение МПа.

По таблице критических давлений обсадных труб находим, что этому давлению соответствуют трубы из стали группы прочности Д толщиной стенки 9 мм, для которых МПа (1-я секция труб).

Для 2-ой секции выбираем трубы той же группы прочности с толщиной стенки 8 мм, для которых по таблице критических давлений обсадных труб МПа. Эти трубы могут быть установлены на глубине с давлением МПа. По эпюре (см. рис. 4а) это давление соответствует глубине м.

Длина 1-й секции ( мм) м, а вес ее Н или кН.

Для 3-й секции берем трубы с мм, для которых МПа. Поскольку МПа соответствует глубине 1600 м, а значит, (начало зоны эксплуатационного объекта), то принимаем и определяем по эпюре, какой глубине соответствует давление 20,5 МПа. По эпюре (см. рис. 4 а) определяем м. Следовательно, длина 2-й секции ( мм) м, а ее вес Н = 168 кН.

Общий вес двух секций: кН = 0,1898 МН.

Определяем длину 3-й секции ( мм), беря в основу расчет на растяжение. Для этих труб МН и Н (таблица прочностных характеристик обсадных труб).

По формуле получаем

м.

Вес 3-й секции труб ( мм): Н = 427,6 кН = 0,4276 МН.

Общий вес трех секций: МН.

Осевая нагрузка, при которой напряжение в теле трубы достигает , по таблице прочностных характеристик обсадных труб составляет 0,57 МН ( мм).

Определяем расстояние расчетного сечения трубы от устья скважины:

;

м.

По эпюре находим, что на глубине 700 м МПа.

Определяем коэффициент запаса прочности на критическое давление.

Расчет на внутреннее давление для первых, двух секций не производим, так как внутреннее избыточное давление в них отсутствует (см. рис. 4 б).

Определяем внутреннее давление для труб 3-й секции, имеющих наименьшую толщину стенки мм. Фактическое внутреннее давление на уровне верхней трубы, расположенной на глубине м, находим по эпюре (см. рис. 4 б): МПа.

По таблице внутренних давлений обсадных труб определяем, что для труб мм МПа.

Рассчитываем коэффициент запаса прочности

Четвертую секцию составляем из труб с мм. Для этих труб МН; Н. Длина 4-й секции из расчета на растяжение:

м,

а ее вес Н = 112 кН = 0,112 МН.

Общий вес четырех секций составляет 0,7294 МН.

Пятую секцию комплектуем из труб с мм ( МН; Н).

Длина 5-й секции м.

Принимаем м; вес ее кН = 0,064 МН.

Так как МПа, коэффициент запаса прочности для труб секции также недостаточен.

Общий вес колонны МН.

Результаты расчетов сводим в таблицу 3.

Таблица 3 – Результаты расчета эксплуатационной колонны

Номер секции снизу вверх

Толщина стенки d, мм

Интервал спуска труб, м

Длина секции, м

Вес 1 м трубы, Н

Вес секции, МН

2830-2900

312

0,0218

2230-2830

600

280

0,168

505-2230

1725

248

0,4276

105-505

400

280

0,112

0-105

105

312

0,064

Всего:

0-2900

2900

–

0,7934

Примечание: Трубы изготовлены из стали группы прочности Д.

4. Расчеты при спуске обсадной колонны

4.1. Определение удлинения обсадной колонны в результате растяжения под действием собственного веса

Определить удлинение обсадной колонны в результате растяжения под действием собственного веса, если диаметр обсадной колонны 219 мм, толщина стенки труб Δ_тр.=12,7 мм, глубина спуска обсадной колонны 2100 м.

Решение:

а) Рассчитываем вес обсадной колонны с учетом её глубины спуска и массы 1 погонного метра (масса 1 п.м. m _о.т. = 64,6 кг). Для данного случая вес обсадной колонны составляет - 1,62 МН.

б)Определяем площадь сечения труб.

F = 0,785 (D_нар.² – d_вн.²),

где: D_нар. – наружный диаметр обсадных труб, см;

d_вн. – внутренний диаметр обсадных труб, см;

F = 0,785(21,91² -19,37²) = 82,31 см²

в)Рассчитываем удлинение обсадной колонны по формуле:

λ = QL / EF,

где: Q – вес обсадной колонны, МН;

L – длина колонны, м;

E – модуль упругости, МПа;

F – площадь поперечного сечения трубы, м².

Подставляя данные в формулу, выполняем расчет:

λ = 1,62·2100 / 2,1· 10⁵ · 82,31 · 10^-4 = 2 м

Таким образом, удлинение обсадной колонны в результате её растяжения под действием собственного веса (без учета действия выталкивающей силы промывочной жидкостью) составляет 2,34 м.

4.2.Определения разгрузки обсадной колонны при её спуске в скважину.

Определить на сколько разгрузится обсадная колонна диаметром 219 мм. если спустить её с обратным клапаном без долива в скважину глубиной 1250 м, заполненную буровым раствором плотностью 1,25 г/см³; толщина стенки обсадных труб 9 мм (масса 1 п.м. m _о.т. = 48,2 кг).

Решение.

а) Рассчитываем вес обсадной колонны с учетом её глубины спуска и массы 1 погонного метра (масса 1 п.м. m _о.т. = 48,2 кг). Для данного случая вес обсадной колонны составляет Q₁ = 0,964 МН.

б) Определяем вытесняемый объем бурового раствора по формуле

V₁ = 0,785 · D_нар.² · L = 0,785 ·0,2191² · 1250 = 47,1 м³

в) Находим массу вытесняемого объёма бурового раствора по формуле:

m_б.р. = V₁ · ρ_б.р. = 47,1 · 1,25 = 58,89 т = 0,5889 МН

где: ρ_б.р.– плотность бурового раствора, т/м³.

г) Разгрузка обсадной колонны:

Q₁ - Q₂ = 0,964 – 0,5889 = 0,3751 МН

4.3. Определения количества промывочной жидкости доливаемой в колонну при спуске её с обратным клапаном

Определить, какое количество бурового раствора надо долить в обсадную колонну диаметром 219 мм с толщиной стенки 9 мм, спускаемую с обратным клапаном на глубину 2100 м в скважину, заполненную буровым раствором плотностью ρ_б.р. = 1,25 т/м³, чтобы разгрузить её до 0,4 МН.

Решение.

а) Рассчитываем вес обсадной колонны с учетом её глубины спуска и массы 1 погонного метра (масса 1 п.м. m _о.т. = 48,20 кг). Для данного случая вес обсадной колонны составляет Q₁ = 1,3 МН.

б)Определяем вытесняемый объем бурового раствора:

V₁ = 0,785 · D_нар.² · L = 0,785 ·0,2191² · 2100 = 79,14 м³

в)Определяем вес вытесняемого бурового раствора:

Q₂ = 79,14 · 1,2 / 100 = 0,95 МН

г) Определяем вес, на величину которого колонна станет легче:

Q_Δ = 1,3 – 0,95 = 0,35 МН

д) Для того, чтобы разгрузить вес колонны до 0,4 МН необходимо долить в колонну определенное количество бурового раствора (Q_дол.), которое находят из следующего равенства:

(Q₁ + Q_дол.) - Q₂ = 0,4 МН

Q_дол. = 0,4 + Q₂ - Q₁ = 0,4 + 0,95 – 1,3 = 0,11 МН

е) Определяем, какому объёму соответствует этот вес:

V₂ = Q_дол./ ρ_б.р. = 32,1 / 1,25 = 25,68 м³

ж) Определяем высоту столба бурового раствора в колонне:

h = 4 V₂ / π d_вн.² = 4 · 25,68 / 3,14 · 0,2011² = 809 м.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 3413; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!