ЕКСПЛУАТАЦІЙНОЇ КОЛОННИ - Студопедія
Після утворення міцного цементного каменю експлуатаційну колону обв'язують із попередньою, обсадною колоною за допомогою спеціальної головки з метою герметизації гирла свердловини. При освоєнні та експлуатації свердловини температура та внутрішній тиск у колоні, як правило, істотно відрізняються від температури та тиску в момент обв'язування. Оскільки після обв'язування експлуатаційна колона втрачає свободу осьового переміщення, то при зміні температури або тиску можуть виникнути осьові сили, досить великі, щоб незацементована ділянка колони втратила прямолінійну форму поздовжньої стійкості, а іноді навіть достатні, щоб порушився зв'язок між колоною та цементним каменем.
Одним із способів запобігання поздовжньому вигину нецементованої ділянки колони може бути установка в нижній частині його компенсатора осьових деформацій. Іншим найбільш поширеним способом є попереднє натяг колони при обв'язці з таким зусиллям, щоб при подальших очікуваних змінах температури і тиску поздовжній вигин нецементованого ділянки був виключений. При цьому якщо міцність труб не задовольняє можливим навантаженням, що розтягує, то необхідно використовувати більш міцні труби.
Для суворого обліку додаткових осьових навантажень, що виникають, необхідно, перш за все, розрахувати температурний режим ділянки в момент його натягу, після закінчення ОЗЦ (базисний), а потім обчислити граничні температурні режими незацементованої ділянки колони.
Найбільше нагрівання незацементована частина колони піддається при фонтануванні. Граничні навантаження, що розтягують, можуть виникнути і при освоєнні, консервації, глушенні, ремонтних роботах у свердловині, а також при нагнітанні флюїду впласти. Необхідно розрахувати температуру ділянки при цих операціях, визначити найбільшу величину її зміни порівняно з "базисним" і розрахувати навантаження, що розтягує, з урахуванням факторів внутрішнього і зовнішнього тиску на колону.
Якщо хоча б при одному з вищезгаданих процесів сумарна напруга в тілі колони перевищить межу міцності обсадних труб, виникає необхідність вибору більш міцних труб.
Усі розрахунки виконують на стадії проектування.
Розрахунок натягу колон проводять після розрахунку колон.
При визначенні зусилля натягу виходять необхідність збереження прямолінійної форми колони при зміні температури і тиску.
Розрахунок натягу виробляють для вертикальних свердловин.
Для похило-спрямованих свердловин розраховують натяг вертикальної незацементованої ділянки колони.
Залежно від призначення слід розрізняти свердловини з прогріванням у процесі експлуатації вільної від цементу частини колони ( ) та свердловини з охолодженням у процесі експлуатації вільної від цементу частини колони ( ).
При експлуатації нагнітальних і газліфтних свердловин вільна частина колони, особливо в зимовий час, може охолоджуватися, коротшати, що призведе до виникнення додаткових зусиль, що розтягують.
У фонтанних і насосних свердловинах вільна частина колони нагрівається, подовжується і в ній (при обв'язаному гирлі) можуть виникнути додаткові зусилля, що стискають, що ведуть до втрати стійкості колони.
У зв'язку з різними термогидродинамическими умовами у різних за призначенням свердловин виникає необхідність визначення як нижнього, а й верхньої межі зусилля натягу колони.
Натяг обсадної колони у разі, коли у процесіексплуатації вона не піддається нагріванню (охолодженню) та дії внутрішнього надлишкового тиску, а також у разі, коли умови роботи колони (тиск, температура) невідомі, визначають за формулою:
(1)
де: - зусилля натягу, кН;
Q – вага вільної (незацементованої) частини колони, кН.
Мінімальне значення зусилля натягу для свердловин будь-якого призначення визначають однаково: за найбільшим значенням, обчисленим за формулами:
(2)
де: - внутрішній гирловий тиск у колоні при експлуатації або при інтенсифікації, МПа;
l - Довжина вільної частини колони, м;
D, d - відповідно зовнішній та внутрішній діаметри колони, м. d визначають за середньою площею, перерізу колони:
(3)
- довжини секцій обсадної колони, м;
- відповідні площі перерізу труб у секціях, м 2;
- питома вага рідини за колоною і всередині неї в процесі експлуатації, Н/м 3 ;
- коефіцієнт лінійного розширення, 1/°С;
Е – модуль пружності матеріалу труби, Па;
- середня температура нагрівання (охолодження) колони, °З.
Наближене значення середньої температури нагріву (охолодження) може бути визначене відповідно до схеми (рис. 9.1) із залежності:
(4)
де: - температура колони до експлуатації, що зазвичай приймається за геотермічним градієнтом, °С;
- температура рідини за колоною в процесі експлуатації, °С.
За відсутності даних, визначають приблизно:, де - температура рідини, що рухається по колоні (у гирла і на рівні вільної частини),°С.
Мал. 9.1. Зміна температури у свердловині.
Значення зусилля натягу має складати:
(5)
де:- допустиме осьове навантаження на труби колони, кН.
Після натягу колони в процесі освоєння, експлуатації та ремонтів повинні дотримуватися наступних умов міцності:
; (6)
.
де: - вага колони від гирла до розгляду перерізу, кН;
- осьове зусилля, що виникає в колоні внаслідок температурних змін, кН;
- осьове зусилля, що розтягує, що виникає в результаті дії внутрішнього гирлового тиску в процесі експлуатації, кН;
- осьове зусилля, що виникає в колоні в результаті дії зовнішнього та внутрішнього гідростатичного тиску, кН.
; (7)
- при нагріванні позитивна, при охолодженні - негативна:
; (8)
; (9)
l - відстань від гирла свердловини до аналізованого перерізу, м. на гирлі ;
; ;
- питомі ваги рідини у свердловині після спуску та цементування колони, Н/м 3 .
Якщо міцність колони задовольняє умов експлуатації слід перевірити також напружений стан колони при освоєнні свердловини, коли буровий розчин замінюють водою. В цьому випадку, можливе підвищення напруги в натягнутій та закріпленій на гирлі колоні через охолодження та внутрішнього тиску.
Натяг за формулою 2 визначається жорстко закріпленої колони, яка для обв'язки гирла свердловини розвантажується на цементне; кільце.
Для колон, які не розвантажуються на цементне кільце, натяг також визначається за формулою 2, але має бути не менше за власну вагу всієї колони.
Якщо колона зацементована до гирла.
Чи не знайшли те, що шукали?Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно