Расчет внутреннего давления в колонне

 

Давление на устье в период ввода в эксплуатацию:

p _у = p _пр. - r _пл. ·g · h _кр.пр. = 50,18 -474·9,8·4680·10^-6=54,1-21,7=28,44  МПа;        

 

при опрессовке колонны   р_оп =1,1·28,44=31,28  МПа – это давление может быть принято в качестве расчетного, так как согласно действующим требованиям безопасности эксплуатации нефтяных скважин рекомендуемое давление опрессовки для колонн 377 мм диаметра составляет р_оп =6,5 МПа.

 

 

Минимально необходимое (нормативное) избыточное внутреннее

устьевое давление при испытании на герметичность (Р_{оп.норм}.). ГОСТ 632-80

Наружный диаметр колонны, мм	Значение Роп.норм, МПа
377	6,5

 

 

Минимальное давление у башмака колонны в период ввода в эксплуатацию

Р₄₆₈₀ = r _пл. · g · h =474·9,8·4680·10^-6=21,74 МПа

 

Тогда давление у бамшака в период опрессовки будет следующее:

Р ₄₆₈₀= р_оп+ r _б.р. · g · h =31,28 +1250·9,8·4680·10^-6=88,61 МПа;                                   

В конце эксплуатации:

p ` ₄₆₈₀= r _фл. · g ·(h - h _к) =789·9,8·(4680-200)·10^-6= 34,64 МПа;

 

Построение эпюры наружного избыточного давления

Так как скважина с нормальными условиями бурения и эксплуатации расчет избыточных наружных давлений в зацементированной зоне производится по составному столбу бурового и цементного растворов с учетом коэффициента разгрузки для сечения, расположенного у башмака обсадной колонны, по формуле:

р_ниL = [(р_гст.ц.р.+р_{гст.пр.ж}.)– р_{гст.нефт}. ]. (1-К)= [(68,8+57,33) – 36,19] * (1-0,4)=35,98 МПа,          

где: р_гст.ц.р – гидростатическое давление цементного раствора за

    обсадной колонной;

р_{гст.пр.ж.} - гидростатическое давление цементной жидкости за

обсадной колонной;

р_{гст.нефт.} – гидростатическое давление столба нефти в скважине;

p _н.и-5180 =35,98 МПа;

По разностям наружнего и внутреннего    давлений в характерных точках строится эпюра наружнего избыточного давления.

p _н-200 = 2,16 МПа

Кровля проницаемого пласта:

p _н-4630 =49,91 МПа;

Подошва проницаемого пласта:

p _н-4680 = =50,45МПа;

У башмака обсадной колонны:

p _н-4680 =57,04 МПа

 

 

Построение эпюры внутреннего избыточного давления

Для построения эпюры внутреннего избыточного давления исходной является эпюры наружного давления, и для сопоставления подбираются условия     нагружения колонны, при которых внутреннее давление будет максимальным.

Избыточное внутреннее давление на глубине z (p_виz) в общем случае определяют как разность между внутренним и наружным давлениями, установленными для одного и того же момента времени.

p _виz = p _нz - p _нz =68,8-35,98= 32,82 МПа,                                                

где:

Р`_вz - внутреннее давление при испытании колонн на герметичность;

P_нz - наружное давление (учет горного давления не производится).

Избыточное внутреннее давление Р_виz на любом участке обсадной колонны не должно превышать допустимого Р_т, определенного по формуле Барлоу, с учетом запаса прочности согласно ГОСТ 632-80.

Р_т=2СТ/Д_обс= 2*200*0,009/0,377=9,55 МПа                           

р_в.и£Р_т / n₂=9,55/1,45=6,58 МПа,                                  

    где n₂- коэффициент запаса прочности на внутреннее давление.

Таким образом, небольшие отклонения в избыточном внутреннем давлении согласно установленному ГОСТу компенсируются запасом прочности.

Наибольшее давление, которое может возникуть 88,6 МПа. Таким образом, подходящей для труб диаметром 377 мм будет сталь группы прочности Р с толщиной стенки 12 мм.

 

 

Расчет кондуктора

Данные необходимые для расчета: диаметр обсадной колонны  530 (мм), диаметр ствола 600 (мм), глубина спуска колонны составляет 200 метров, плотность бурового раствора = 1100 кг/м³. Интервал установки предудыщей колонны (направляющей) 0-20 м.

Сведения о цементировании колонны: глубина до уровня цемента за колонной  0 метров, плотность цементного раствора 1200 кг/м³, коэффициент аномальности в горизонте 0,93; индекс давления поглощения в интервале - 1,36; плотность жидкости поступающей в скважину в конце эксплуатации (плотность промывочной жидкости)1100 кг/м³.

Расчет наружного давления

На устье около цемента наружное давление бурового раствора за колонной будет отсутствовать, в связи с чем расчеты на глубине 0 м не производятся.

p _н-0 = r _б.р. · g · h _ц = 200 · 9,8·0·10^-6=0 МПа;

До затвердевания цементного раствора наружное давление по всей длине колонны (h £ z £ H) на глубине h определяется на момент окончания процесса продавливания тампонажного раствора и рассчитывается с учетом давления составного столба промывочной жидкости и тампонажного растворов.

p _нz = r _пж. g. H + r _цр. g.(z-h) = 1100·9.8·200+1200·9.8·(0-0)=2,16 МПа

На глубине 20 м низа (башмака) направляющей колонны наружное давление будет следующее:

p _н-20 = p _н-0 + 1100·9,8(20-0) ·10^-6=2,37 МПа;

На глубине 200 м в кровле проницаемого пласта

p _н-200 = p _н-20 + 1100·9,8(200-20) ·10^-6 = 4,31 МПа;

В интервале проницаемого пласта с k_a =0,93:

Давление у кровли пласта:

p _кр = k_a·ρ _в ·g·h _кр =0,93·1000·9,8·200=1,83 МПа;

Давление у подошвы принимается за то же значение что и давление у кровли, т.к. кондуктор не входит в нижележащий пласт.

p _под =1,83 МПа

Среднее арифметическое наружного давления будет равным:

р_пр =1,83