Проектирование обсадной колонны

На втором этапе конструируют (рассчитывают) обсадную колонну. Как правило, расчет ведут снизу вверх, начиная подбор секций труб с расчета на наружное избыточное давление и проверяя подобранные секции на внутреннее давление и растяжение. Прочностные характеристики обсадных труб приведены в [1, 5, 8, 11, 16], м также в приложениях данного методического пособия. При использовании в расчетах ЭВМ необходимо сделать несколько вариантов расчета и выбрать из них наиболее оптимальный.

Основные принципы расчета обсадных колонн состоят в следующем.

1. Расчет на действие наружного избыточного давления.

Избыточное наружное давление Рни_z для труб рассчитываемой секции не должно превышать допустимого с учетом запаса прочности:

Рни_z £ Ркр / n₁ ; Рни_z £ Р¢кр / n₁, (6.22)

где: n₁ - коэффициент запаса прочности на смятие;

Ркр – критическое наружное давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести. Определяются по формуле Саркисова, приведены в [18, 25] и приложении 2;

Р¢кр – критическое давление для труб с учетом растягивающих нагрузок Р¢кр = Ркр (1 – 0,3 ^. Q/Qт).

Q – осевая растягивающая нагрузка от веса (в воздухе) нижерасположенной части колонны;

Qт – растягивающая нагрузка, при которой напряжения в теле трубы достигают предела текучести, приведена в [11] и приложении 3 данного методического пособия.

2. Расчет на внутреннее избыточное давление.

Избыточное внутреннее давление Рви_z на любом участке обсадной колонны не должно превышать допустимого Рт, определенного по формуле Барлоу, с учетом запаса прочности. Значения Рт приведены в [11, 16], а для наиболее распространенных типоразмеров труб, приведены в приложении 4 данного методического пособия.

Рви_z £ Рт / n₂ , (6.23)

где n₂ - коэффициент запаса прочности на внутреннее давление.

3. Расчет на растяжение.

В любом сечении вес нижерасположенной части обсадной колонны Q не должен превышать допустимого с учетом запаса прочности:

Q £ [ Р ], (6.24)

где: - [ Р ] = Рст / n₃;

Рст – страгивающая нагрузка, при которой напряжения в опасном сечении резьбового соединения достигают предела текучести, рассчитанная по формуле Яковлева, приведена в [11, 16] и приложении 5.

n₃ - коэффициент запаса прочности на страгивание для труб с треугольной резьбой.

Для труб с резьбой трапецеидального профиля допустимая растягивающая нагрузка [Р], рассчитанная с учетом коэффициента запаса прочности, приводится в справочной литературе [11, 16] и приложении 9 данного методического пособия.

Для труб с трапецеидальной резьбой коэффициент n₃ не рассчитывается.

Если в задании на проектировании не оговорены коэффициенты запасов прочности, то при расчетах можно использовать следующие данные, приведенные в табл. 6.2, 6.3. Для секций, находящихся в пределах эксплуатационного объекта n ₁ = 1,0 –1,3 в зависимости от устойчивости коллектора и n ₁ = 1,0 для остальных секций. Все значения указанных коэффициентов можно использовать при расчетах как эксплуатационных, так и промежуточных колонн.

Результаты расчета обсадной колонны необходимо представить в виде таблицы 6.4.

Таблица 6.2 - Значения коэффициента запаса прочности на внутреннее давление (n₂)

Диаметр труб, мм	Исполнение Б	Исполнение А
114-219	1,15	1,15
>219	1,45	1,15

Таблица 6.3 - Значения коэффициента запаса прочности на страгивание

для труб с треугольной резьбой (n₃)

Диаметр колонны, мм.	Длина колонны, м.	n3 для вертикальной скважины
114-168	£ 3000	1,15
114-168	> 3000	1,30
178-245	£ 1500	1,30
178-245	> 1500	1,45
273-324	£ 1500	1,45
273-324	> 1500	1,60
>324	£ 1500	1,60
>324	> 1500	1,75

 

Таблица 6.4- Результаты расчета эксплуатационной колонны (пример)