2.4. Расчет колонны обсадных труб

Обсадная-труба-2

При расчете колонны обсадных труб на разрыв имеют в виду наиболее слабые места в колонне: муфтовое соединение и нарезанную часть трубы. Разрыв чаще всего происходит по корню первого витка полной нарезки. При действии усилий, расстраивающих муфтовые соединения, нарезанная часть трубы стремится выйти из тела муфты. Поэтому проверка обсадных труб на расстройство муфтового соединения путем определения максимально допустимого растягивающего усилия является решающей в расчете обсадных колонн.

Сжимающие продольные усилия в колонне обсадных труб появляются главным образом в нижней ее части при установке колонны на забой скважины. При этом предел допустимой нагрузки зависит от длины спущенной колонны, диаметра труб и диаметра пробуренной скважины.

Определение критической нагрузки на трубы, установленные на забой, ведут различно, смотря по тому, в каком состоянии находится нижний конец колонны.
Здесь могут быть два случая:

1) конец колонны (башмак) стоит в рыхлых породах;

2) конец колонны (башмак) стоит в твердых породах.
В первом случае конец колонны может рассматриваться незакрепленным. Тогда критическая нагрузка должна определяться по второй Эйлера на продольный изгиб бруса, у которого оба конца свободны, т. е. критические значения длины обсадных колонн весьма невелики. Поэтому, если разница между диаметром спущенной колонны и диаметром скважины значительна, то разгрузка колонны при установке башмака колонны на забой может привести к деформации нижней части колонны.
Выше мы рассмотрели напряжения, возникающие в обсадных колоннах при спуске их в скважину. Но обсадные колонны испытывают часто еще дополнительные напряжения, возникающие под влиянием нагрузок, величину которых подсчитать математически затруднительно. Такие напряжения возникают:

а) под действием изгиба колонны при спуске ее в искривленную скважину;
б) при быстром торможении колонны во время спуска;
в) при расхаживании колонны в случае прихвата;
г) при спуске колонны с обратным клапаном;
д) от температурных изменений, возникающих при спуске колонны в скважину;
е) от действия насоса при продавке цемента и вообще при прокачке раствора через колонну.
Кроме того, обсадные трубы могут иметь трудно уловимые дефекты: неодинаковую толщину стенок, дефекты в нарезке и т. п.
Эти факторы, учитывают, прибегая к поправочному коэффициенту, который при расчетах на смятие принимается равным 1,3-2.
Сопротивляемость труб сминающим усилиям в значительной степени зависит от величины овальности трубы.

Снижение уровня жидкости в кондукторе возможно:
1) при подъеме бурильных труб, если не ведется подкачка раствора;
2) при уходе циркуляции в процессе бурения;
3) при газовом выбросе в процессе бурения.
Общий вес бурильных труб диаметром 6, которыми предполагается вести бурение под колонну диаметром 10" до глубины 1900 м, считая в среднем 50 кг/м, составит 50 х 1900 = 95000 кг = 95 т, что при уд. весе стали 7,8 даст объем тела труб V = 12,2 м3. Это должно дать снижение 16" колонне на 95 м.
Колонна диаметром 10". Ведем расчет из условий сопротивляемости труб разрывающим усилиям от собственного веса при спуске в скважину, проверяя их на наружное давление, которое трубы с обратным клапаном будут испытывать, будучи частично не заполненными жидкостью во время их спуска.
Останавливаемся на колонне с толщиной стенок 10,5 мм.
Усилия, вырывающие трубу из муфты, при марке стали С составляют 230 т. Из экономических соображений, соблюдая запас прочности, равный 2, можно было бы ограничиться сталью марки для верхней части спускаемой колонны, а нижнюю часть взять из стали марки С. Длина колонны из стали марки С при двойном запасе прочности определяется делением половины величины усилия, вырывающего трубу из муфты, т. е. 0,5 х 230 000, на вес 1 м трубы 67,97, что дает 0,5 х 230000 : 67,97 = 1700 м.
Таким образом, только для верхних 200 м следовало бы взять трубы маркиБ, а для остальной части необходима сталь марки С.
Рационально сделать таким образом. Для нижней части колонны (700 м) взять трубы из стали марки О, для средней (900 м) - из стали марки С и для верхней (300 м) - из стали марки О.
В случае осложнений при бурении (выбросах или катастрофическом уходе циркуляции) запас прочности снизится до единицы для труб марки О при снижении уровня до 1300 м, а для труб марки С - при снижении уровня до 1200 м.

Эксплуатационная колонна диаметром 6". Длина 2900 м. Наибольшими усилиями, которым будет подвергаться данная колонна, являются:
1) сминающие усилия давления столба глинистого раствора за колонной;
2) усилия, расстраивающие муфтовые соединения, от собственного веса колонны при спуске ее в скважину.
Первые усилия (сминающие, зависящие от величины гидростатического давления столба жидкости за колонной) возрастают пропорционально глубине скважины и достигают максимальной величины в нижней части скважины. Вторые усилия (расстраивающие муфтовые соединения от собственного веса колонны) достигают максимальной величины у устья скважины. Поэтому подбирать трубы колонны диаметром 6" будем: для верхней части - из расчета сопротивляемости ее усилиям, расстраивающим муфтовое соединение, а для нижней части - из расчета сопротивляемости сминающим усилиям.
При полуторном запасе прочности на сминающие усилия трубы марки В могут быть допущены с толщиной стенки 9 мм до глубины 1640 м, с толщиной стенки 1 мм до глубины 1950 м и с толщиной стенки 11 мм до глубины 2420 м.
Для низа колонны выбираем трубы марки О с толщиной стенок 11 мм я берем их 1000 м. Выше, в интервале 1900-1600 м, берем трубы марки О с толщиной стенки 10 мм. Наконец, для верхней части колонны трубы с толщиной стенки 9 мм.

Понравилась эта статья? Поделитесь ею!