РОЗРАХУНОК НАСІСНО-КОМПРЕСОРНИХ ТРУБ - Студопедія
Насосно-компресорні труби (НКТ) застосовуються практично при всіх способах видобутку нафти і газу і є одним з відповідальних елементів конструкції добувної свердловини. Колона, звинчена з НКТ, є підземним трубопровідом, від надійності роботи якого залежить успішна розробка нафтогазового родовища. Колона НКТ виконує такі важливі функції:
1) забезпечує подачу видобутих з продуктивних пластів нафти, газу або газоконденсату на зовнішню поверхню;
2) забезпечує закачування в пласт рідин для виконання різних технологічних операцій (гідророзрив, паровплив, гідропіскоструминна перфорація, промивання свердловини і т.д.);
3) служить для підвіски свердловинних, гідропоршневих та занурювальних електронасосів, а також струмопроводів [1, 2].
Конструкція колон НКТ, тобто. діаметр труб і довжина колони, залежить від призначення, способу та режиму експлуатації свердловини, міцності труб та конструкції обсадної експлуатаційної колони.
Різноманітність факторів, що впливають на роботу колони НКТ, та різні види робіт, що проводяться у свердловині, зумовлюють характер діючих навантажень на насосно-компресорні труби.
На колони НКТ діють як статичні, і змінні навантаження. Основне статичне навантаження - це власна вага колони.
Колони НКТ відчувають також стискаючі напруги, які залежать від гідростатичного тиску рідини в свердловині, що передається на торець колони труб. Отже, у підвішеному стані колона матиме нейтральний переріз, в якому відсутні напруги.
Внутрішній тиск обумовлено переважно впливом пластового тиску. Найбільший внутрішній тиск у НКТ виникає у газових свердловинах.при закритому гирлі, при обпресуванні колон, глушенні свердловин. Якщо проводиться гідравлічний розрив пласта, то колона зазнає значного тиску [1].
Рівність щільностей рідини зовні та всередині колони усуває надлишковий тиск. Якщо щільність за колоною (за наявності пакера) вища за щільність рідини в колоні, то найбільший надлишковий внутрішній тиск флюїду буде біля гирла. Іноді підвищенням тиску за колоною можна зменшити вплив внутрішнього тиску. Цементування під тиском, опресування обсадних колон за допомогою НКТ також призводить до збільшення внутрішнього тиску колони.
Спуск колони НКТ в похилий свердловину супроводжується появою додаткових навантажень, що розтягують і стискають, пов'язаних з силами тертя колони об стінки свердловини.
Величина сил тертя залежить від викривлення свердловини та коефіцієнта тертя з обсадною колоною. У викривлених свердловинах виникає згинальна напруга, величина якої залежить від зенітного кута та азимуту свердловини. Просторове викривлення свердловини іноді призводить до додаткового осьового зусилля під час спуску або підйому колони НКТ.
Викривлення свердловин значною мірою впливає на зношування труб, особливо в місцях їх з'єднань. Неспіввісність різьбових з'єднань також сильно впливає на зношування ніпельних кінців труб, що утворюється при зворотно-поступальному русі штанг в трубах. На ділянках викривлення в різьбовому з'єднанні утворюється напруга, що згинає, знижує його міцність, напруги ці залежать від інтенсивності і ростуть зі збільшенням діаметра [1].
У процесі освоєння свердловини, коли буровий розчин замінюють на воду, тиск на колону НКТ змінюється і крім осьових навантажень на труби передаватиметься гідростатичний тиск у радіальному.напрямі.
При заміні рідини в свердловині порушується рівновага, що мало місце на момент спуску обсадних колон, і, отже, змінюються навантаження, що діють на колону.
Фонтанний спосіб експлуатації характерний наявністю внутрішнього тиску флюїду, що рухається. Якщо колона спускається з гідравлічним пакером, то в момент установки пакера на колону буде діяти додаткова осьова сила, що розтягує, обумовлена внутрішнім гирловим тиском, необхідним для розкриття пакера. Якщо колона спускається з механічним пакером, то установка пакера пов'язана з передачею навантаження, що стискає, на нижню частину колони.
Стисне навантаження може перевищити критичну і тоді нижню ділянку колони втратить стійкість, на яку впливають також внутрішній гирловий тиск і швидкість руху флюїду в колоні.
При компресорному способі експлуатації колона НКТ зазнає як зовнішнього, так і внутрішнього тиску флюїду в залежності від конструкції. У цьому випадку необхідно враховувати дію осьової розтягуючої та радіальної стискаючої навантажень.
Насосний спосіб експлуатації характеризується передачі колоні НКТ значного внутрішнього тиску від стовпа рідини в колоні. При ході плунжера насоса вгору і вниз навантаження, що розтягує, на колону змінюється в результаті зміни ваги рідини. Тому на колону НКТ передаватиметься як статичне навантаження від власної ваги, так і змінне навантаження, обумовлене впливом стовпа рідини.
Рух насосних штанг створює тертя про внутрішню поверхню колони. Напрямок сил тертя змінюється під час руху штанг, що також призводить до змінного навантаження на колону.
Застосування різних методів інтенсифікації видобутку нафти та газу пов'язане з впливом наколону осьових навантажень від власної ваги колони та внутрішнього тиску, радіальних навантажень, температурних напруг та інших.
Викривлення колони НКТ у нижній її частині, обумовлене втратою стійкості, може спостерігатися за різних способів експлуатації.
Залежно від величини внутрішнього тиску та швидкості руху флюїду, що є основними причинами порушення стійкості, довжина ділянки колони, на якому відбудеться порушення прямолінійної форми рівноваги, змінюватиметься.
Насосний спосіб експлуатації характеризуватиметься періодичним порушенням рівноваги з частотою, що дорівнює кількості хитань балансиру верстата-качалки.
Рух рідини колоною труб при певній швидкості може призвести до зміни режиму руху і коливань колони. У цьому випадку нижня ділянка колони буде автоколивальною системою.
Температурна напруга виникає в колоні як при нагріванні, так і при її охолодженні. Якщо нижній кінець колони закріплений (наприклад, при встановленні пакера), то нагрівання колони призведе до стискаючих напруг та можливого викривлення її внаслідок втрати стійкості. Охолодження колони спостерігатиметься переважно при закачуванні в свердловину рідини переважно в зимовий час.
Викривлення колон сприяє порушенню герметичності різьбових з'єднань, так як конструкція гладких насосно-компресорних труб розрахована в основному на передачу осьових навантажень і меншою мірою на сприйняття згинальних моментів, при високому тиску рекомендується застосовувати труби НКМ і НКБ [1, 2].
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно