Расчет диаметров долот и обсадных колонн

Расчет ведем снизу вверх для всей конструкции скважины. Диаметр последней спускаемой в скважину колонны известен до начала расчета:

 

 

Поэтому расчет начинаем с определения диаметра долота   для бурения последнего интервала:

 

, (3.1)

 

где   - диаметр муфты обсадных труб последней колонны (в нашем случае эксплуатационной);

 - величина зазора между стенкой скважины и муфтой.

В таблице 3.1 приведены необходимые для расчета справочные данные.

 

Таблица 3.1 - Диаметры труб и их муфт по ГОСТ 632-80 и рекомендуемые зазоры

Наружный диаметр труб, d, мм	Диаметр муфт, , мм , ммНаружный диаметр труб,d,ммДиаметр муфт, ,мм , мм
114,3	133,0	5 - 15	298,5	323,9	15-30
127,0	146,0	5 - 15	323,9	351,0	20-40
139,7	159,0	10-20	339,7	365,1	20-40
146,0	166,0	10-20	351,0	376,0	20-40
168,3	187,7	10-20	377,0	402,0	25-50
177,8	198,0	10-20	406,4	431,8	25-50
193,7	215,9	10-25	426,0	451,0	25-50
219,1	244,5	10-25	473,1	508,0	25-50
244,5	269,9	10-25	508,0	533,4	25-50
273,1	298,5	15-30

 

 

Полученный по формуле (3.1) диаметр округляется до ближайшего большего диаметра долота по ГОСТ 20692-75: 151,0; 165,1; 190,5; 215,9; 244,5; 269,9; 295,3; 320,0; 349,2; 393,7; 444,5; 490,0 мм.

 

 

Далее следует расчет диаметра предыдущей колонны:

 

, (3.2)

 

где  - запас, обеспечивающий спуск долота в скважину через эту колонну:

 

, мм, (3.3)

 

где  - ожидаемая толщина стенки обсадной трубы, принимаем =10 мм.

 

 

Диаметр трубы, полученный по формуле (3.2), округляем до ближайшего большего в соответствии с таблицей 3.1:

 

d = 219,1 мм;

D = 244,5 + 2 ∙ 10 = 264,5 мм;

D = 269,9 мм;

d = 269,9 + 2 ∙ 13 = 295,9 мм;

d = 298,5 мм;

D = 323,9 + 2 ∙ 15 = 353,9 мм;

D = 393,7 мм;

d = 393,7+2 мм;

d = 431,8;

D = 406,4+2 ∙ 15 = 456,4 мм;

D = 490,0 мм.

Расчет равнопрочной обсадной колонны

 

По заданию предусматривается расчет эксплуатационной колонны. Для выполнения расчета дополнительно задаются:

глубина уровня жидкости в колонне Н:

 

, (4.1)

 

где  - глубина скважины;

плотность пластового флюида ;

плотность цементного раствора .

 

 

Расчётная схема представлена на рисунке 4.1

 

Рисунок 4.1 - Расчетная схема эксплуатационный колонны

- эксплуатационная колонна, 2 - техническая колонна, 3 - буровой раствор, 4 - цемент, 5 - пластовый флюид

Расчет на смятие

 

Расчет на смятие выполняем графическим методом. Для этого строим эпюры давлений по их величинам в характерных точках:

1) при ;

) при = 2400-300=2100 м.

 

, (4.2)

 

где  - плотность бурового раствора, на котором закончено бурение под рассчитываемую колонну ();

h - высота столба бурового раствора за колонной.

 

= 1,11 ∙ 9,81 ∙2100 ∙  = 22,87 (МПа);

 

) при - 50 = 2850 - 50= 2800 м

 

, (4.3)

 

где   - глубина спуска обсадной колонны;

 

 

) при  = 3090 м

 

 (4.4)

 

Внутреннее давление  в колонне на глубине z = H принимается равным нулю, а = . На глубине внутреннее давление равно

 

 9,81  (2800 - 2317,5) = 4,73 МПа,

 

а наружное избыточное давление

 

МПа (4.5)

 

На глубине  внутренне давление

 

 9,81  (3090 - 2317,5) = 7,58 МПа, (4.6)

 

а наружное избыточное давление

 

МПа, (4.7)

 

Поскольку при  запас прочности 1,15, то величины   и   необходимо умножить на 1,15, в результате чего получатся ступенчатая (секционная) по толщине стенки обсадная колонна.

 

, (4.8)

, (4.9)

 

Определение допустимых глубин спуска труб с разной толщиной стенки выполняем графически. Прочностные характеристики труб приведены в таблице 4.1.

 

Таблица 4.1 - Характеристики обсадных труб из стали групп прочности D, K и Е

Диаметр, d, мм	Толщина стенки, ,ммТолщина стенки, ,ммСминающее давление, , МПаСтрагивающая нагрузка, , кН
			D	E	D	E
139	7,0	23,7	22,1	27,8	695	1010
	7,5	25,9	26,3	34,1	785	1140
	8,5	30,3	35,1	47,5	970	1410

 

Для обоснования толщин стенок труб строим эпюру  на миллиметровке формата А3 в удобном масштабе. По таблице 4.1 для труб группы прочности D с наименьшей толщиной стенки находим сминающее давление , откладываем его на оси абсцисс и проводим вертикальную прямую до пересечения с графиком .

Ордината точки пересечения соответствует допустимой глубине спуска секции труб с рассматриваемой толщиной стенки. Далее по таблице 4.1 определяем  для трубы со следующей толщиной стенки и аналогично определяем допустимую глубину ее спуска (секции 2с) и т.д. Процедура заканчивается, когда последняя вертикальная прямая не пересечется с графиком . В результате решения задачи получаем ступенчатую (секционную) по толщине стенки обсадную колонну.В случае, когда возможности труб группы прочности D исчерпаны, то последующие секции труб выполнить из стали группы прочности Е.