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 ] 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152

d = 1 - (4 kD 2);

рн и рв - плотность жидкости за колонной и внутри ее в период эксплуатации, кг/м3.

Усилие натяжения колонны определяется, исходя из условия, что в процессе выполнения различных работ в скважине суммарная нагрузка не превысит допускаемой осевой нагрузки растяжения. Расчет ведется по следующим формулам (в кН):

для верхнего конца колонны

Рн < [Р];

для некоторого сечения в незацементированной части колонны Рн - Р0 < [Р],

Рн - Р0 - Р1 + Р2 - Р3 < [Р], (9.39)

где Рн - усилие натяжения; [Р] - допустимая нагрузка на растяжение; Р0 - вес колонны от устья до рассматриваемого сечения; Р1 - осевое усилие в результате изменения температурного режима; Р2 - осевое усилие, возникающее под действием внутреннего давления в колонне в процессе эксплуатации; Р3 - осевое усилие, возникающее от действия гидростатического давления жидкостей, находящихся внутри колонны и вне ее.

Определение величин Р1, Р2 и Р3:

Р1 = а£А/-10-3 (9.40)

(а - коэффициент линейного расширения материала обсадной трубы 1/градус, для стали а = 1,2-10- 1/градус; E - модуль продольной упругости, Па, для стали E = 2,1-1011 Па; F - площадь -средневзвешенная по рассматриваемой части колонны - поперечного сечения трубы, м2; А/ - средняя температура нагрева (охлаждения) в рассматриваемой части колонны, градус,

t1, t2 - первоначальная температура у верхнего и нижнего концов рассматриваемого участка колонны, °С; t3, t4 - температура в тех же точках при эксплуатации, °С, рис. 9.4);

Р2 = 0,47рв.уd 2-103 (9.41)

(рв.у - внутреннее давление на устье при эксплуатации; d - внутренний - средневзвешенный - диаметр колонны, м);

Рис. 9.4. Распределение температур по глубине:

1 - в исходном положении; 2 - при добыче нефти

Р3 = 0,235l(D2Apн - d 2Арв)-10-2

(9.42)

(l - расстояние от устья до рассматриваемого сечения колонны, м; D, d - соответственно наружный и внутренний - средневзвешенный по площади сечения труб - диаметры колонны, м; Арн - изменение плотности раствора за колонной после спуска и цементирования колонны, кг/м3; Арв - изменение плотности жидкости в колонне, кг/м3).

Если на данной скважине предусмотрено значительное изменение режима ее работы (например, использование добывающей скважины в качестве нагнетательной), то усилие натяжения обсадной колонны должно быть пересчитано на новые условия работы.

Пример 9.4. Выполнить расчет натяжения обсадной колонны для условий ее нагру-жения, рассмотренных в примере 9. 1 .

Исходные данные:

диаметр обсадной колонны d = 1 46,1 мм;

глубина спуска колонны h = 3400 м;

глубина до уровня цемента за колонной hц = 2300 м;

плотность промывочной жидкости за колонной и продавочной жидкости в колонне рж = 1420 кг/м3;

пластовое давление на глубине 3300 м рпл = 43,7 МПа;

плотность нефти при фонтанной эксплуатации рн = 860 кг/м3;

плотность пластового флюида в конце эксплуатации рпл = 950 кг/м3;

снижение уровня жидкости в колонне в конце эксплуатации hк = 2400 м;

внутреннее давление на устье в период ввода в эксплуатацию ру = 1 5,9 МПа;

температура: на глубине 3400 м - tз = 115 °С; температура у устья исходная - tу.и = 20 °С, при эксплуатации tj. = 60 °С.

Р е ш е н и е. 1. Определение площади сечения обсадных труб. Для труб с толщиной стенки 9,5; 8,5; 7,7 и 10,7 мм соответственно

K(d - d") 3,14(14,612 - 12,712) F9 5 =-н-- =-= 40,75 см2;

44 3,1 4(1 4,612 -1 2,912 )

F8 5 =-= 36,72 см2;

3,14(14,612 -13,072)

F7 7 =-= 33,46 см2;

4

3,14(14,612 -12,472)

F10 7 =-= 45,49 см2.

Среднее значение площади сечения труб

40,75 - 535 + 36,72 - 654 + 33,36 - 337 + 45,49 - 774

Fс =-= 40,13 см2.

" 535 + 654 + 337 + 774

С едний внут енний диамет обсадной колонны

d вн = D

4Fср ( 4 - 40,13

1--- = 14,61

kD 2

1--= 12,74 см.

3,14 -14,612

2. Определение средней температуры нагрева колонны (см. рис. 9.4): (115 - 20) - 2300

t2 = 20 +-= 84 °С;

2 3400

(115 - 60) - 2300 t4 = 60 +-= 97 °С;

4 3400

(60 - 20) + (97 - 84)

А/ =-= 26,5 °С.

3. Определение минимального усилия натяжения:

Рн = Р + аEFАt-10-3 + 031руd 2н-103 - 0,655/(d нрн - d 2нрв)-10-2 =

= 732,3 + 1,2-10-5 -2,1-1011 -40,13-10-26,5-10-3 + 0,31-15,9-12,742-10-103 -

- 0,655-2300(14,612-1420 - 12,742-860)-10-2 = 732,3+1268,0+80,0-246,3 = 834,0 кН.

Минимальное усилие натяжения превышает вес незацементированной части обсадной колонны 834,0 > 732,3 кН, поэтому принимается исходная величина Рн = 834,0 кН.