Давлений эксплуатационных колонн

 

А.1 Определение максимального рабочего и испытательного давлений эксплуатационных колонн прослуживших 10 и более лет без нарушений целостности.

А.1.1 Определяем ослабленные участки эксплуатационной колонны путём проведения комплекса ГИС (СГДТ-2, АМИД-42, МАК-2).

А.1.2 Минимальную толщину стенки колонны принимаем при расчёте на 20 % меньше исследованной (рекомендация Даутова Ф.И.).

А.1.3 Воспользуемся формулой Барлоу [1] для определения избыточного внутреннего давления, при котором напряжения в теле трубы в сечении Z по стволу скважины достигают предела текучести

, (А.1)

где 0,875 – коэффициент, учитывающий отклонение толщины стенки трубы [1];

0,8 – поправочный коэффициент по п. А.1.2;

δ_исZ – минимальная толщина стенки обсадной колонны в сечении Z по данным исследования скважины, м;

- предел текучести материала труб, МПа;

Д – наружный диаметр обсадной колонны, м.

А.1.4 Максимальное избыточное внутреннее давление испытания эксплуатационной колонны в сечении Z определяем по формуле из [2];

 

Р_{опиz max} = Р_TZ / 1,05n, (А.2)

 

где n – коэффициент запаса прочности.

 

А.1.5 Максимальное внутреннее давление на устье скважины для испытания на герметичность э/колонны в один прием без пакера определяем из выражения [3];

 

Р_{опу max} = Р_{опиz max} + 10^-6(р_гс – р_ж)g Z, (А.3)

 

где р_гс - плотность жидкости, принимаемой при расчете наружного давления в интервале подъема цементного раствора, кг/м³;

р_ж – плотность опрессовочной жидкости, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².

 

А.1.6 После испытания колонны на герметичность все работы в скважине, а также её эксплуатация должны производится таким образом, чтобы рабочее давление на устье не допускалось выше Р_раб.max, вычисленного по формуле из [2];

 

Р_раб.max = Р_{опу max} / 1,1. (А. 4)

 

А.1.7 Если при исследовании скважины за обсадной колонной ниже башмака кондуктора выявлены участки отсутствия контакта цемента с колонной (породой) или снижение плотности цемента достигает 1500 кг/м³ и менее, то по рекомендации Даутова Ф.И. максимальное рабочее и испытательное давления для эксплуатационной колонны снижаются на 20-30 %.

А.2 Определение максимального рабочего и испытательного давлений эксплуатационных колонн, прослуживших менее 10 лет, но подвергнутым капремонтам с целью восстановления герметичности.

А.2.1 Определение максимальных давлений в этом случае производим двумя расчётами:

- расчётом на прочность эксплуатационной колонны аналогично п. А.1;

- расчётом на прочность места ремонта.

А.2.2 Если герметизация места нарушения была осуществлена закачкой тампонажного раствора (цемент, смолы и т.п.), то рассчитываем прочность тампонажного камня на разрыв от внутреннего давления

 

Р_Р = 0,875 × 2δ_ц × σ_р, (А.5)

Д_к

 

где - номинальная толщина тампонажного кольца в интервале ремонта колонны после исследования, м;

- предел прочности на разрыв тампонажного материала, использованного при ликвидации нарушения в колонне, МПа.

_к- наружный диаметр тампонажного кольца в исследуемом интервале, м.

А.2.3 Если герметизация осуществлена установкой пластыря (профильного перекрывателя), то давление прорыва по контакту между пластырем и трубой, на основании данных разработчика технологии, принимают равным 30 МПа.

А.2.4 Определяем избыточное внутреннее давление, при котором напряжения в теле пластыря в интервале нарушения колонны достигают предела текучести

 

Р_ТП = 0,875× 2δ_П × σ_ТП, (А.6)

Д_В

 

где δ_П – толщина стенки пластыря в интервале нарушения колонны, м;

σ_ТП – предел текучести материала пластыря, МПа;

Д_В – внутренний диаметр обсадной колонны, м.

А.2.5 Если герметизация места нарушения произведена спуском летучки или дополнительной колонны с последующим цементированием, то рассчитываем прочность на разрыв от внутреннего давления летучки или дополнительной колонны, аналогично п. А.2.4.

А.2.6 Определяем максимальное избыточное внутреннее давление испытания э/колонны в интервале ремонта и максимальное внутреннее давление на устье для испытания на герметичность аналогично п.п. А.1.4-А.1.5.

А.2.7 По наименьшему расчетному значению максимального внутреннего давления на устье скважины для испытания на герметичность эксплуатационной колонны по п.А.2.1определяем максимальное рабочее давление на устье аналогично п. А. 1.6.

 

А.1 Пример 1

Рассчитать максимальное рабочее и испытательное давление эксплуатационной колонны в нефтяной скважине.

Исходные данные по исследуемой скважине:

Эксплуатационная колонна диаметром 146 х7,7 мм, марка стали Д, спущена на глубину 1560 м;

δ_исZ - минимальная толщина стенки обсадной колонны в сечении Z и на глубине 1050 м по данным исследования скважины составила 6 мм;

коэффициент запаса прочности n = 1,15;

= 379 МПа для труб с маркой стали Д.

р_гс = 1100 кг/м³ плотность жидкости, принимаемой при расчёте наружного давления в интервале подъёма цементного раствора;

р_ж = 1000 кг/м³ плотность опрессовочной жидкости;

g = 9,8 м/с² ускорение свободного падения;

Глубина герметизации эксплуатационной колонны установкой пластыря (профильного перекрывателя) – 1000 м;

δ_П = 5 мм, толщина стенки пластыря в интервале нарушения колонны (1000 м);

σ_ТП = 210 МПа, предел текучести материала пластыря.

Определяем максимальное рабочее и испытательное давления эксплуатационной колонны прослужившей 10 и более лет без нарушения целостности.

Воспользуемся формулой Барлоу [1] для определения избыточного внутреннего давления, при котором напряжения в теле трубы в сечении Z по стволу скважины достигают предела текучести

 

,

 

Р_TZ = 0,875 × 0,8 × 2×0,006 × 379 = 1,4× 0,006 × 379 = 21,8 МПа.

0,146 0,146

 

Максимальное избыточное внутреннее давление испытания эксплуатационной колонны на глубине 1050 м определяем по формуле из [1]

 

Р_{опиz max} = Р_TZ / 1,05n,

 

Р_{опиz max} = 21,8 / 1,05×1,15 = 18,0 МПа

 

Максимальное внутреннее давление на устье скважины для испытания на герметичность эксплуат. колонны в один прием без пакера определяем по формуле из [3].

Р_{опу max} = Р_{опиz max} + 10^-6(р_гс – р_ж)g Z,

 

Р_{опу max} = 18,0 + 10^-6 (1100– 1000) × 9,8 ×1050 = 19,0 МПа.

 

После испытания колонны на герметичность все работы в скважине, а также её эксплуатация должны производиться таким образом, чтобы рабочее давление на устье не допускалось выше Р_раб.max, вычисленного по формуле из [2].

 

Р_раб.max = Р_{опу max} / 1,1,

 

Р_раб.max = 19,0 / 1,1 = 17,3 МПа.

 

Определяем максимальное рабочее и испытательное давление эксплуатационной колонны, прослужившей менее 10 лет, но подвергнутой капремонту с целью восстановления герметичности, например, установкой пластыря (профильного перекрывателя).

Определяем избыточное внутреннее давление, при котором напряжения в теле пластыря в интервале нарушения колонны достигают предела текучести по формуле Барлоу

Р_тn = = 14,06 МПа

 

Максимальное избыточное внутреннее давление испытания э/колонны на глубине 1000 м после установки пластыря определяем по формуле из [2].

 

Р = Р_тп /1,05п = = 11,6 МПа

 

Максимальное внутреннее давление на устье скважины для испытания на герметичность эксплуатационной колонны после установки пластыря в один приём без пакера определяем по формуле из [3].

 

Р = 11,6 [phone]) × 9,8 ×1000 = 12,6 МПа

Воспользуемся расчётом эксплуатационной колонны по п. А.1 (кроме п. А.1.4).

 

Так как Р < Р (12,6 < 19,0), то после испытания колонны на герметичность все работы в скважине, а также её эксплуатация должны производиться таким образом, чтобы рабочее давление на устье не допускалось выше Р_{раб. mах}, вычисленного по формуле из [2].

 

Р = 12,6 /1,1 = 11,4 МПа