Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 [ 61 ] 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139

4Д.4. Крепление обсцдных труб нагнетательных скважин

Скважины, по которым непрерывно или периодически происходит нагнетание горячих теплшоситепей, необходимо крепить с учетом термических напряжший внутри скважины. Условия эксплуатации обсадных труб столь сложны, что nopiac приводят к их разрушению, особенно при нагнетании пара на большие глубины, которое невозможно без дополнительного повышения температуры и давления.

В настоящее время применяют анкежые крепления обсадных труб следукнцих типов.

Крепление цементной пробкой основания колонны и обеспечение свободной деформации на поверхности земли. Верхняя часть скважины и наполнитель незацементированной части зазора между обсадными трубами и стенками скважины проектируют таким образом, чтобы было возможно свободное расширвше и сокращение обсадных труб; этот зазор заполняют иногда гелеобразным маслом или термопластичным материалом.

Аналогична система с закрепленной верхней частью колонны, в которой предусмотрен температурный компенсатор.

Цементирование колонны по всей длине. В зтом случае обсадные трубы не могут претерпевать линейных деформаций и при повышении температуры находятся под сжимаянцим усилием, которое должно соответствовать механической прочности труб.

Цементирование колонны в два приема. Сначала укрепляют основание колонны, а затем подвергают ее верхнюю часть растягивающим усилиям и цементируют оставшуюся часть колонны, находящуюся во время схватывания цемента под напряжением, цементируют и часть обсадной трубы, выходящей на поверхность земли, поскольку она служит опорой Bcdi колшны. Эта технология позволяет уменьшить сжи-макицее усилие, возникаихцее при нагреве обсадной трубы.

Влияние температуры на обсадную трубу. Знание температурных эффектов, влияющих на свсства трубы, позволяет определить причины разрушения обсадной колонны и найти материалы, наиболее подходящие для промысловых условий.

ЛинЫшое расшщ>ение незакрепленной обсадной трубы, температура которой повысилась на А Г, описывается следующей приближенной зависимостью:

у = 1,26-10-* АТ (АТ в ОС) . (4.113)

Видно, что при повышении температуры трубы увеличение ее линейного размера (первоначальная длина 400 м) составляет 1 м. Отсюда ясно, что сложно обеспечить свободу расширения длинных труб, избежав продольного изгиба.

Напрятете

Рнс 4.34. Влнянне тяипервтуры на механическое на1фижение и обсадных трубах [4.75]

При невозможности удшгаения обсадная колонна сжимается, сжи-макнцее усилие в области упругих деформаций выражается следукнцей зависимостью:

5С = Е

(4.114)

X = 25 ДТ bar

где Д Г - температура, °С, £" = 2-10 бнмодуль упругости.

Рассмотрим диаграмму напряжение-разность температур (рис.434). Если увеличение температуры ДГх превыпгает 1федельную величину Д Г областей упругих д еф<фмаций (точка В на диаграмме), зависимость напряжения от разности температур перестает быть линейной и деформации обсадной колонны становятся необратимыми. Правее точки С, шре-деляющей границу зсжы пластических деформаций, кривая напряжения практически горизонтальна и не зависит от (отрезок CD). Труба, которая больше не может воспринимать дополнительные термические напряжения сжатия, претерпевает значительные постоянные деформации. При охлаждении на1фяжение спадает в соответствии с кривой DEF, параллельной кривой упругих деформаций АЬ и пересекающей ось абсцисс в точке с координатой ДГ. ««/25. После снижения температуры до исходной труба находится под остаточным напряжением г (точка 0

т = 25 ДТ„ах - >«. bar .

(4.115)

При охлаждении обсадных труб обычно повреждакггся их стыки или появляются трещины в муфтах, если напряжение превосходит предел прочности материала муфты на растяжение. При охлаждении обсадных труб мжи / 55 (для которых 1федел упругости составляет « 3800 бар), оборудованных резьбовыми соединениями и имеющих предел прочности на растяжение порядка 3050 бар, разрушение долясно прои-

зойти,судя по диаграмме напряжение - разность температур, после предварительного нагревания на 270 "С, что и наблкщалось в промысловых условиях [4.7S]. Для обеспечения достаточной продолжительности зксплуатации труб с учетом усталости материала, возникающей при чередовании его нагревания и охлаждения (при циклическом нагнетании теплоносителя или неизбежных остановках парогенератора), рекомендуют не подвергать обсадные трубы перепадам температур, превышающим верхний предел области упругих деформаций:

Предв>ительное растяжение Тр труб во время цементирования позволяет отодвинутыемпературную границу на Тр/25. В зтом случае труба находится в напряженном состоянии растяжения или сжатия -в зависимости от температуры.

Если, вокруг внешней поверхности обсадных труб оставить зазор, обеспечив тем самым возможность продольного югиба, суммное напряжение превысит верхний предел допустимого напряжения чистого сжатия, заданного выражением (433). Радиальный зазор, равный 15 см, приводит к увеличошю максимального напряжения на 16 % [4.75], а зазор, равный 2,5 см, - на 30 % [4.76]. Отсюда следует соответственное пшижение максимально допустимой температуры.

Так, при исследовании разрушений обсадных колонн скважин месторождения ,ДСерн Ривер" (GQA) было высказано мнение, что пртчиной явился продольный югиб вследствие отсутствия контакта трубы и окру-жаняцей породы, в месте отбора песка [4.77].

Температура обсадных труб, достигаемая в ходе нагнетания теплоносителей, зависит (раздел 4.1.2) от конструкции скважин. При сплошном цеменпцювании колшны, если тепловой уровень всего оборудования не превышает 180-200 °С, удобно использовать обсадные трубы марки J 55. Для работы при более высоких температурах обычно предпочтение отдают обсадным трубам марки N 80 (или реже SOOgs), которые при необходиьюсти подвергают предварительному напряжению и снабжают усиленными соединениями.

Механические свойства обсадных труб различных марок даны в работе [4.78]; при температурах до 300 С граница области пластическсм! текучести у большинства сталей достаточно постоянна. При более высо- ких температурах механические свойства быстро ухудшаются.

Цементирование. Скважины, подвергающиеся термическим напряжениям, необходимо тщательно цеменпцювать. Диаметр скважины должен быть неизменным, а обсадная труба должна иметь достаточное число центраторов, чтобы толщина слоя цемента была везде одинакова. Реко-

Для труСы марю! J SS максимальное допустимое увеличение темпд>атуры составляет 152 °С.