Автоматизированный ключ буровой
2.1 Расчет эксплуатационной колонны
- Диаметр эксплуатационной колонны
- Плотность цементного раствора
- Плотность бурового раствора ;
- Интервал с АВПД = 3850 - 4000 м;
- Пластовое давление в период ввода скважины в эксплуатацию
= 80 МПа;
- Пластовое давление при окончании эксплуатации = 5 МПа;
- Колонна должна быть зацементирована до устья.
Найдем избыточные наружные давления на заключительной стадии эксплуатации скважины.
Поскольку колонна зацементирована по всей длинне, избыточное наружное давление у устья .
На глубине Zc = 4000 м:
(1)
где h - высота верхнего цементируемого участка в обсадной колонне, м;
0,25 коэффициент нагрузки;
9,81 ускорение свободного падения, мІ/с;
;
МПа.
На глубине Z=3850 м:
(2)
=48,79 МПа.
Для определения избыточных внутренних давлений в период проверки герметичности колонны опрессовкой вычислим наибольшее давление у устья скважины в начальный период эксплуатации.
, (3)
где 850 средняя плотность пластовой нефти, кг/мі;
давление, МПа;
9,81 ускорение свободного падения, мІ/с.
; МПа.
Давление у устья при опрессовке колонны:
. (4)
Избыточное внутренне давление на глубине Zc = 4000 м:
, (5)
где
9,81 ускорение свободного падения, мІ/с;
4000*9,81*10*0,75;
16,42 МПа;
Построим эпюры избыточных внутренних и наружных давлений:
Рисунок 2.1 - Эпюры избыточных внутренних и наружных давлений
Вычислим необходимую прочность труб на разрыв в устьевом сечении:
, (6)
где , коэффициент запаса прочности на разрыв для труб диаметром 114-219 мм. .
Вычислим необходимую прочность труб на разрыв у башмака колонны:
, (7)
где
, коэффициент запаса прочности на разрыв для труб диаметром 114-219 мм. ;
Во избежание смятия, нижнюю секцию необходимо составить из труб, критическое давление которых:
Pкр ?, (8)
где , коэффициент запаса прочности на смятие для секций эксплуатационной колонны;
Pкр ?50,7*1,3=65,91 МПа.
Эту секцию можно составить из труб, критическое давление которых Pкр =68,7 МПа, а внутренне давление, при котором напряжение в теле трубы достигает предела текучести = 87,2 МПа. Это трубы группы прочности К с толщиной стенок 10.7 мм. Вес одного метра труб q=30,7 кг.
Длина нижней секции перекрывающий продуктивный пласт равно длине интервала с АВПД=4000-3850=150 м.
Вес нижней секции:
, (9)
где
9,81 ускорение свободного падения, мІ/с;
.
Во избежание смятия для второй снизу секции необходимы трубы для которых:
Pкр ?, (10)
где , коэффициент запаса прочности на смятие.
Pкр ? 48,8*1=48,8 МПа.
Эта секция составляется из групп прочности Д с толщиной стенок д=10.7 мм, для которых Pкр =49 МПа и = 80 МПа.
Третью секцию составим из труб группы прочности Д с толщиной стенок 10.7 мм для которых Pкр =49 МПа и .
Допустимая глубина спуска третьей секции:
2750 м. (11)
Тогда длина второй секции:
.
Вес второй секции:
.
Четвертая секция составляется из труб группы прочности Д с д = 9,2 мм, для которых Pкр=40,4 МПа и .
Допустимая глубина спуска этой секции:
2125 м. (12)
Длина третьей секции:
.
Вес третьей секции:
.
В нижнем сечении четвертой секции напряжение осевого растяжения:
(13)
где ;
.
Определим фактический коэффициент запаса прочности на смятие:
(14)
где - предел текучести, МПа.
Так как неравенство (14) выполняется, то коэффициент запаса прочности на смятие достаточен.
Глубина верхнего сечения четвертой секции:
; (15)
.
Вычислим допустимую глубину четвертой секции:
, (16)
где - допустимая растягивающая нагрузка при которой напряжение в теле трубы достигает предела текучести, кН;
; (17)
.
Округляем до .
Вес четвертой секции: .
Для пятой секции выбираем трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки д = 10,7 мм , тогда:
;
Округляем до .
Вес пятой секции:
Для шестой секции трубы из стали группы прочности М с толщиной стенки д=10,7 мм, , тогда:
.
Достаточной является длинна шестой секции 1045 м.
Вес шестой секции: .
Таблица 2.1 - Конструкция эксплуатационной колонны
Номер секции |
Интервал глубин, м |
Длина секции, м |
Группа прочности |
Толщина стенки, мм |
Вес, кН |
|
1 |
4000-3850 |
150 |
К |
10.7 |
45.18 |
|
2 |
3850-2750 |
1100 |
Д |
10.7 |
331.28 |
|
3 |
2750-2125 |
625 |
Д |
10.7 |
188.23 |
|
4 |
2125-1595 |
530 |
Д |
9.2 |
138.82 |
|
5 |
1595-1045 |
550 |
Д |
10.7 |
165,64 |
|
6 |
1045-0 |
1045 |
М |
10.7 |
314.72 |
|
Итого |
4000 |
1183.87 |