Оценка параметров технологии метода гидроразрыва пласта

курсовая работа

2.8 Расчёт насосно-компрессорных труб на прочность при проведении ГРП

При проектировании ГРП необходимо проводить расчёт колонны НКТ на прочность, чтобы не допустить её разрушения как при проведении обработки скважины, так и при остановке насосов высокого давления.

Расчёт на прочность проводят по методике, в основу которой положено определение изменений длины колонны НКТ и усилий на неё и пакер.

Изменение длины лифтовой колонны происходит за счёт:

разности давлений в колонне НКТ и затрубном пространстве;

охлаждения лифтовой колонны рабочей жидкостью;

сил трения при движении рабочей жидкости в лифтовой колонне.

Если лифтовая колонна состоит из нескольких секций, то её внутренний эквивалентный диаметр вычисляют по формуле (18), а наружный рассчитывают исходя из равенства веса многосекционной колонны и веса односекционной колонны с эквивалентным внутренним и наружным диаметрами.

Изменение длины колонны НКТ рассчитывают по следующим формулам.

Изменение длины колонны НКТ под действием осевой силы L1, м:

, (35)

где Рi - изменение давления в НКТ в зоне пакера, Па;

, (36)

где Рг - давление гидроразрыва, Па; Рпл - пластовое давление, Па; Ai - площадь круга с диаметром, равным внутреннему диаметру НКТ, м2; Ао - площадь круга с диаметром, равным наружному диаметру НКТ, м2; Ес - модуль Юнга для стали (НКТ), Па; Аs - площадь сечения НКТ, м2.

Изменение длины колонны НКТ за счет разности давлений L2, м:

; (37)

, (38)

где Ро - изменение давления в затрубном пространстве в зоне пакера, Па;

; (39)

, (40)

где о, - плотность жидкости в затрубном пространстве во время и до обработки, кг/м3; - давление в затрубном пространстве во время обработки на устье, Па; J - осевой момент инерции НКТ, м4.

, (41)

где S - радиальный зазор между колонной НКТ и эксплуатационной колонной, м; Ws - вес 1 п.м НКТ, Н/м; Wi - вес 1 п.м жидкости, находящейся в колонне НКТ, Н/м; Wо - вес 1 п.м жидкости, находящейся в кольцевом пространстве между колонной НКТ и эксплуатационной колонной, Н/м.

Если , то L принимают равным 0.

Изменение длины колонны НКТ за счет радиального давления, м

, (42)

где с - коэффициент Пуассона стали (); R - отношение диаметров НКТ (наружного к внутреннему).

Изменение длины колонны НКТ от изменения температуры L4, м

, (43)

где T - изменение средней температуры в колонне НКТ, К; - коэффициент температурного линейного расширения НКТ, 1/К.

При длительной закачке рабочей жидкости изменение температуры определяется по формуле

, (44)

где Тж - температура закачиваемой жидкости, К; Тзаб - исходная температура на забое скважины, К; Туст - исходная температура породы на устье скважины, К.

Изменение длины колонны НКТ от движения закачиваемой жидкости L5, м

, (45)

где - падение давления на трение на 1 м длины НКТ за счет течения жидкости, Н/м3.

Изменение длины колонны в случае её предварительного натяжения непосредственно над пакером после его установки (при отсутствии компенсатора) Ls, м

, (46)

где Fs - сила предварительного натяжения НКТ, Н.

Суммарное изменение длины колонны составит

. (47)

Если , тогда усилие Fзаб, испытываемое НКТ на забое, определяют по формуле

, (48)

где Аs - площадь сечения тела НКТ, м2.

Если , тогда величину Fзаб определяют по формуле

. (49)

Усилие, действующее на колонну НКТ на устье скважины Fyст:

. (50)

Сила, действующая на пакер со стороны НКТ при движении в ней жидкости, рассчитывается по формуле

. (51)

Нагрузка на эксплуатационную колонну со стороны пакера определяется по формуле

, (52)

где Ас - площадь круга с внутренним диаметром эксплуатационной колонны, м2.

Расчёт при остановке закачивания проводят по тем же формулам, по которым проводился расчёт при закачивании рабочей жидкости.

При прекращении закачивания потери давления на трение равны нулю, следовательно, изменение длины НКТ от движения закачиваемой жидкости .

В этом случае давление на забое рассчитывают по формуле

, (53)

где - допустимое давление на устье при закачивании рабочей жидкости, Па (как правило, оценивается при расчёте скорости закачивания).

Наибольшую нагрузку колонна НКТ испытывает на устье (Fyст). Она не должна превышать прочностных характеристик труб.

Допустимая нагрузка Fдоп (Н) определяется по формуле [7]

, (54)

где Gт - предел текучести стали, МПа.

При превышении усилий, действующих на лифтовую колонну, выше допустимых заменяют лифтовую колонну или изменяют параметры ГРП (например, уменьшают скорость закачивания рабочей жидкости).

Расчётное изменение параметров длины колонны НКТ в процессе закачивания рабочей жидкости учитывается при установлении пакера.

Делись добром ;)