Испытание колонн на герметичность

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчет обсадных колонн

Расчет эксплуатационной колонны.

Диаметр эксплуатационной колонны Dэк = 127 мм.

Плотность цементного раствора сцр = 1850кг/м3.

Плотность бурового раствора сбр = 1100кг/м3.

Интервал с АВПД = 5100 -4950 м

Пластовое давление в период ввода скважины в эксплуатацию спл = 80 МПа.

Пластовое давление при окончании эксплуатации Рплк =5 МПа.

Колонна должна быть зацементирована до устья.

Найдем избыточные наружные давления на заключительной стадии эксплуатации скважины.

Поскольку колонна зацементирована по всей длине, избыточное наружное давление у устья Pину = 0.

На глудине z = 5100 м

где h - высота верхнего цементируемого участка в обсадной колонне, м,

к - 0.25, коэффициент нагрузки;

Pинб = (1850х5100х9.81Ч10-6 - 5)Ч(1 - 0.25) = 65.67МПа.

На глубине z = 4950 м

у - 9.81, ускорение свободного падения, м /с2

Для определения избыточных внутренних давлений в период проверки герметичности колонны опрессовкой вычислим наибольшее давление у устья в начальный период эксплуатации.



где сср - 850, средняя плотность пластовой нефти, кг/м3

су=80- 850Ч9.81Ч5100Ч10-6 = 34.47 МПа

Давление у устья при опрессовке колонны

Роп= Щ = 1.1ЧРу = 1.1Ч34.47=37.92 МПа

Избыточное внутреннее давление на глубине z = 5100 м

Ривб = (Рцр-(сцр - сбр)ЧzЧg)Ч(l - k)

сивб = (37.92- (1850- 1100)Ч5100Ч981Ч10-6)Ч(1 - 0.25) = 029 МПа

Построим эпюры избыточных наружных и внутренних давлений.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.1 - Эпюра избыточных наружних и внутренних давлений.

Вычислим необходимую прочность труд на разрыв в устьевом сечении:

где kВН -1.15, коэффициент запаса прочности на разрыв, для труб диаметром 114- 219 мм.

Ру = 37.92x1.15= 43.61МПа

Вычислим необходимую прочность труб на разрыв у башмака колонны

Рб =РивбЧkBH =0.29x1.15= 0.33МПа

Во избежание смятия нижнюю секцию необходимо составить из труб, критическое добавление которых:

Ркр ?PинЧkсм (2.8)

где kсм-1.3, коэффициент запаса прочности на смятие для секций эксплуатационной колонны.

Ркр? 65.67Ч1.3?85.37МПа.

Эту секцию можно составить из труб критическое давление которых Ркр = 9.36 МПа, а внутреннее давление при котором напряжение в теле трубы достигает предела текучести Рб = 113.3 МПа. Это трубы группы прочности М, с толщиной стенки 10.7 мм. Вес одного метра труб q = 30.7 кг. Длина нижней секции перекрывающей продуктивный пласт ровно длине интервала с

АВПД = 5100 -4950= 150 м.

Вес нижней секции:

G1 = qЧh1Чg = 30.7Ч150Ч9.81 = 45.17 кН. (2.9)

Во избежание смятия для второй снизу секции необходимы трубы для которых:

Ркр ?РинЧkсм, (210)

где kсм - 1. коэффициент запаса прочности на смятие.

Ркр ? 63 74Ч1?63 74 МПа.

Эта секция составляется из труб группы прочности К с толщиной стенок д = 10.7 мм, для которых Ркр = 64 МПА и Рб=80МПа.

Третью секцию составим из труб группы прочности Д, с толщиной стенок

д = 10.7 мм, для которых Ркр =49.6 МПА и Рб = 69.6 МПа.

Допустимая глубина спуска третьей секции:

Тогда длина второй секции

h2 =4950-3850= 1100м.

Вес второй секции

G2 = 30.7x1100x9.81 = 331.28 кН.

Четвертая секция составляется из труб группы прочности Д с д = 9.2 мм, для которых Ркр= 40.4 МПА и Рб =39 МПа.

Допустимая глубина спуска этой секции

Округлим это значение до 3125 м, трубы имеют фиксированную длину 12.5 м

Длина третьей секции

h3 =3850-3125= 725м.

Вес третьей секции:

G3 = 30 .7x725x9.81 = 218.3 кН.

В нижнем сечении четвертой секции напряжение осевого растяжения

Определим фактический коэффициент запаса прочности на смятие

где уm - предел текучести, МПа

Так как неравенство (2.14) выполняется, то коэффициент запаса прочности на смятие достаточен. Глубина верхнего сечения четвертой секции

Размещено на http://www.allbest.ru/

где [Р]рк - допустимая растягивающая нагрузка при которой напряжение в теле трубы достигает предела текучести, кН.

Округляем L4 до 575м.

Вес четвертой секции:

G4 =26.7Ч575Ч9.81= 150.61кН.

Для пятой секции выбирем трубы из стали группы прочности Д с толщиной стенки д = 10.7 мм, Рр = 1050 кН тогда:

Округляем до L5 = 550 м.

Для шестой секции трубы из стали группы прочности М с толщиной стенки

д = 10.7 мм, Рр= 1950 кН, тогда:

Достаточной является длина шестой секции Lб = 2000 м.

Таблица 2.1 - Конструкция эксплуатационной колонны

Номер секции	Интервал глубин, м	Длина секции, м	Группа прочности	Толщина стенки, мм	Вес, кН
1	5100-4950	150	М	10.7	4517
2	4950-3850	1100	К	107	331.28
3	3850-3125	725	Д	10.7	218.3
4	3125-2550	575	Д	9.2	150.61
5	2550-2000	550	Д	10.7	165.64
6	2000-0	2000	М	10.7	602.33
Итого		5100			1513.33

Вес шестой секции:

G5=2000Ч30.7Ч9.81=602.33кН

2. Расчёт второй промежуточной колонны

Губина спуска Н 4580 м

Наружный диаметр промежуточной колонны Dк = 178 мм.

В интервале 4530 - 4380 м. залегают проницаемые песчаники с пластовым давлением 68 МПа, выше пластовые давления гидростатические.

Герметичность колонны предполагается проверить опресовкой буровым раствором с плотностью син = 1500 кг/м3

Избыточное наружное давление на устье Рин= 0.

Избыточные внутренние давления в период опресовки за один прием. Наибольшее давление на устье в случае закрытого превентора после начала нефтегазоводопроявления:

Ру =Рпл- сбрЧHЧgЧ10-6 ,

Ру=80- 1100x9.81Ч5100x10-6 = 24.96 МПа

Давление у устья при опресовке колонны:

Роп = 1.1ЧРу = 1.1Ч24.96 = 27.46 МПа

Избыточное давление у башмака колонны

Ривб = (27.46 - (1850 - 1500)Ч4580Ч9.81)Ч0. 75 = 8.8 МПа

Строим эпюры избыточных наружных и внутренних давлений рисунок 2.2 Первую снизу секцию составим из труб группы прочности Л исполнения Б с толщиной стенок д = 13.7 мм, для которых Ркр = 72.1МПа, Рр = 4700кН,

Рб = 102.5МПа, q1 = 555кг/м.

Вторую секцию составим из труб группы прочности Е исполнения Б с толщиной стенок д = 13.7 мм, для которых Ркр = 62.4 МПц , Рр = 3950кН, Рб = 86.5МПа, q1 = 555кг/м.

Допустимая глубина спуска второй секции:

Округляем до Z2 = 4275м. Длина первой секции L1 = 4580 - 4275 = 305м

Вес первой секции

G1 = 305x55.5x9.81= 166.06 кН.

Третью секцию составим из труб группы прочности К исполнения Б с толщиной стенок д = 13.7 мм, для которых Ркр = 56.4МПа, Рр = 3600кН, Рб = 78.5МПа,

q1 = 55.5кг/м.

Допустимая глубина спуска третьей секции:

Округлим до 3875м, тогда длина второй секции:

L2 = 4275 - 3875 = 400 м

Вес второй секции

G2 = 400x55.5Ч9.81 = 217.78 кН.

Четвертую секцию составим из труб группы прочности Д исполнения Б с толщиной стенок д= 13.7 мм, для которых Ркр = 44 МПа, Рр = 2750 кН,

Рб = 60 МПа, q1 = 55.5кг/м

Размещено на http://www.allbest.ru/

Округлим до 3025м, тогда длина третьей секции

L3 = 3875 - 3025 = 850 м

Вес третьей секции

G3 = 850x55.5Ч9.81 = 462.78 кН.

Пятую секцию составим из труб группы прочности Д исполнения Б с толщиной стенок д = 12.7 мм, для которых Ркр = 39.6 МПа, Рр = 2350кН, Рб = 51.5МПа,

q1 = 51.5кг/м

Допустимая глубина спуска пятой секции:

Длина четвертой секции

L4 = 3025 - 2725=300 м

Вес четвертой секции

G4 =300Ч55.5Ч981= 163.33кН.

Шестую секцию составим из труб группы прочности Д исполнения Б с толщиной стенок д= 10.4 мм, для которых

Ркр = 29.2 МПа, Рр = 2000 кН, Рб = 42.5МПа, q1 = 42.8 кг/м.

Допустимая глубина спуска шестой секции:

Округлим до 2000 м, тогда длина пятой секции:

L5 =2725-2000= 725м

Вес пятой секции:

G5 = 725Ч51.5Ч9.81 = 366.28 кН.

Седьмую секцию составим из труб группы прочности Д исполнения Б с толщиной стенок д = 9.2 мм, для которых Ркр = 23.7МПа, Рр = 1800 кН,

Рб = 38.5 МПа, q1 = 38.2 кг/м.

Допустимая глубина спуска седьмой секции :



Округлим до 1625м, тогда длина шестой секции:

L6 =2000- 1625= 375м

Вес шестой секции:

G6 =375x42.8x9/81= 157.45кН.

Общий нарастающий вес колонны:

G= G1 + G2 + G3 + G4 + G5 + G6

G= 166.06 + 217.78 + 462.78 + 163.33 + 366.28 + 157.45= 1533.68 кН.

Округлим L7 до 700 м, тогда вес седьмой секции:

Допустимая длина седьмой секции:

G7 = 700Ч38.2Ч9.81 = 262.32 кН.

Нарастающий вес колонны:

Восьмую секцию составим из труб группы прочности Д исполнения Б с толщиной стенок д = 12.7 мм, для которых Ркр = 39.6 МПа, Рр = 2350 кН,

Рб = 51.5МПа, q1 = 51.5 кг/м.

Допустимая длина восьмой секции:

Достаточной является длина восьмой секции L8 = 925м тогда вес седьмой секции:

3. Расчет первой промежуточной колонны

Глубина спуска Zc = 2840 м.

Наружный диаметр промежуточной колонны Dк = 245мм.

В интервале 1800 - 1850 залегают породы склонные к вспучиванию, объемная плотность толщи пород равна 2100кг/м3.

Плотность опресовочной жидкости сопж = 1500 кг/м3.

Избыточные наружные давления :

при открытом устье скважины Рин = 0, при z = 0.

На глубине 2840 м

Рин= ((1850 -1100)Ч2840+ 1100Ч2840)Ч9.81Ч(1-0.3) = 36.08 МПа

На глубине z = 1775 м, вблизи кровли породы склонной к вспучиванию:

Рин = (2100x1775- 1100х(1775 - 2840))x9.81 = 48.06 МПа.

На глубине z = 1875м, ниже подошвы той же породы:

Рин = (2100x1875- 1100х(1875- 2840))х981 = 49.04 МПа.

Избыточные внутренние давления в колонне в период опресовки ее за один прием.

Наибольшее давление на устье колонны в случае закрытия превентора после начала нефтегазоводопроявления

Ру =80- 1100x9.81x5100x10-6 = 24.96 МПа

Давление у устья при опресовки колонны:

Роп = 1.1ЧРу = 1.1x24.96 = 27.46 МПа.

Избыточные давления у башмака колонны:

Ривб = (27.46 - (1850 -1500)x2840Ч9.81)Ч0.7= 1239МПа

Рисунок 2.3 - Эпюры избыточных наружных и внутренних давлений

Первую снизу секцию составим из труб группы прочности Л исполнения Б с толщиной стенок д = 13.8 мм, для которых Ркр = 36.2МПа, Рр = 6600кН,

Рб = 74.5МПа, q1 = 78.7кг/м.

В нижнем сечении

Вторую секцию составим из труб группы прочности Е исполнения Б с толщиной стенок д = 13.8 мм, для которых Ркр =32.6МПа, Рр - 5550кН, Рб = 65МПа, q2 = 78.7кг/м.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вес первой секции:

G1 = 290x78 7x9.81 = 223.89 кН

Длина второй секции :

L2 =2550- 1875= 675 м.

Вес второй секции

G2 = 675x78.7x9.81 = 521.13 кН.

Третья секция перекрывает породы склонные к вспучиванию, ее составим из труд группы прочности М с толщиной стенки д = 15.9 мм, для которых

Ркр =53.1 МПа, Рр = 7400 кН, Рб = 86 МПа ,q3= 89.5 кг/м

Длина третьей секции L3 = 100 м.

Вес третьей секции:

G3 = 100x89.5x9.81 = 87.79 кН.

Четвертая секция состоит из труб группы прочности Д с толщиной стенки д = 13.8 мм, для которых Ркр = 19 МПа, Рр = 3850кН, Рб = 43.5МПа,

q5 = 78.7кг/м.

Пятая секция состоит из труб группы прочности Д с толщиной стенки д = 11.1 мм, для которых Ркр = 16.3 МПа, Рр = 3050кН, Рб = 34 МПа , q5 = 63.6 кг/м. обсадной колонна герметичность давление

Допустимая глубина спуска пятой секции

Округляем до Z5 = 1275 м, тогда длина четвертой секции

L4 = 1775- 1275= 500 м

Вес четвертой секции:

G4 = 500x78.7x9.81 = 386.02 кН.

Шестая секция состоит из труб группы прочности Д с толщиной стенки

д = 10 мм, для которых Ркр = 13.1 МПа, Рр =3800кН, Рб =31 МПа, q6 = 58 кг/м

Допустимая глубина спуска шестой секции:



Округляем до Z6 = 1025м, тогда длина пятой секции:

L5 = 1275- 1025= 250 м.

Вес пятой секции:

G5 =250x63.6x9.81= 155.98 кН.

Седьмая секция состоит из труб группы прочности Д с толщиной стенки д = 8.9 мм, для которых Ркр = 10.1 МПа, Рр =2550кН, Рб =28МПа, q7 = 51.9кг/м.

Допустимая глубина спуска седьмой секции:

Округляем до z7 = 775 м, тогда длина шестой секции:

L6 = 1025- 775= 250 м

Вес шестой секции: G6 = 250x58x981= 142.24 кН.

Длина седьмой секции: L7 = 775-0= 775 м.

Вес седьмой секции: G6 = 775x51.9x9.81= 394.58 кН.

Определим вес первой промежуточной колонны :

G = G1 + G2 + G3 + G4 + G5 + G6 + G7

G = 223.89 + 521.13 + 87.79 + 386.02 + 155.98 + 142.24 + 394.58 = 1911.63

Таблица 2.2 - Конструкция первой промежуточной колонны

Номер секции	Интервал глубин м	Длина секции м	Группа прочности	Толщина стенки, мм	Вес, кН
1	2840-2550	290	Л	13.8	22389
2	2550-1875	675	Е	13.8	521.13
3	1875-1775	100	М	15.9	87.79
4	1775-1275	500	Д	13.8	386.02
5	1275-1025	250	Д	11.1	155.98
6	1025-775	250	Д	10	142.24
7	775-0	775	Д	8.9	394.58
Итого		2840			1911.63

Размещено на Allbest.ru