Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В процессе спуска в ствол скважины, цемен­тирования и прочих работ в скважине (бурение нижераспо­ложенного интервала, вызов притока, добыча нефти или газа и т. д.) обсадная колонна испытывает различные по величине и характеру нагрузки. Среди них можно выделить следующие:

продольные усилия растяжения от собственного веса; допол­нительные продольные динамические нагрузки, возникающие в связи с изменением скорости спуска; осевые нагрузки от трения обсадной колонны о стенки скважины при ее спуске; продольные нагрузки сжатия в нижней части колонны от собственного веса при разгрузке ее на забой или под дейст­вием окружающих пород при их осадке по мере выработки продуктивного пласта; продольные нагрузки в колонне при бурении и эксплуатации вследствие продольных деформаций под воздействием изменения температурного режима; на­ружное давление на колонну со стороны массива горных по­род и жидкости, заполняющей затрубное пространство; на­грузки в колонне от ее изгиба при спуске в искривленный ствол; внутреннее давление при цементировании колонны, проверке ее герметичности, регулировании притока и т. д.

Сочетание различных нагрузок приводит к возникновению сложного напряженного состояния в материале обсадных труб. Если результирующее напряжение превосходит предел пластичности, то в трубе появляются необратимые деформа­ции, которые в итоге приводят к разрушению обсадной ко­лонны.

Рассмотрим каждую из указанных нагрузок отдельно.

Нагрузка растяжения возникает под воздействием собст­венного веса обсадной колонны, возрастает по мере увеличе­ния глубины спуска колонны и достигает максимального зна­чения в верхнем сечении, когда вся обсадная колонна спуще­на в ствол скважины. В качестве расчетной нагрузки для лю­бого сечения рассматривается вес труб, расположенных ниже этого сечения. Разгрузка колонны от действия вталкивающих сил не учитывается.

Внешнее давление. Источником внешнего давления на об­садную колонну могут быть гидростатическое давление про­мывочной жидкости, которая остается в затрубном простран­стве в незацементированной части; гидростатическое давле­ние столба цементного раствора, прокачанного за колонну, до его полного схватывания; давление пластовых жидкостей (пластовое давление) в интервалах проницаемых пород; боко­вое давление горных пород, склонных к пластическому тече­нию и вспучиванию.

В незацементированной части обсадной колонны за внеш­нее (наружное) рн принимается статическое давление столба промывочной жидкости, остающейся над цементом в затруб­ном пространстве:

Рк РжйГ2| (10.33)

где рж — плотность промывочной жидкости, кг/м3; г — коорди­ната рассматриваемого сечения от поверхности, м.

К определению внешнего давления на обсадную колонну в зацементированной части существуют различные подходы. Одни специалисты (Е. М. Соловьев) предлагают его рассчиты­вать по статическому давлению воды, на которой приготов­лялся цементный раствор. По действующей инструкции внешнее давление на обсадную колонну вычисляют по сум­марному статическому давлению столба промывочной жидко­сти над цементом и давлению столба самого цементного рас­твора:

Рн = [ржЛ + рц. р(г — Л)]дг, (10.34)

где Л — высота столба промывочной жидкости над цементным раствором в затрубном пространстве, м; рцр — плотность це­ментного раствора, кг/м3.

Снижение внешнего давления на колонну после отверде­ния цементного раствора рекомендуется учитывать введением коэффициента разгрузки к:

Рн = [р*Л + рц. р(г — Л)]д(1 — к). (10.35)

На зацементированном участке против зоны проницаемых

пород за внешнее давление принимается пластовое, если оно превышает рассчитанное значение по приведенной выше формуле:

Рн = Рпл = Крвдг. (10.36)

Так как в процессе бурения пластовое давление уравнове­шивается с некоторым избытком гидростатическим, вначале пластовое давление можно определить по гидростатическому давлению промывочной жидкости.

В интервале залегания пластичных, склонных к течению горных пород за внешнее давление принимается полное гор­ное давление:

Рн =Рг. пд2, (10.37)

где Рг. п — средняя плотность горных пород.

Так как внутри обсадной колонны на разных этапах работ существует различное давление, то действующее внешнее избыточное давление будет определяться как разность между наружным и внутренним давлениями:

Рн. изб Рн — Рв, (10.38)

где рв — внутреннее давление.

За расчетное следует принимать внешнее избыточное дав­ление при наиболее неблагоприятном сочетании наружного и внутреннего давлений.

Действующей инструкцией определяется порядок расчета минимального внутреннего давления. В эксплуатационных газовых скважинах при определении внешнего избыточного давления внутреннее давление подсчитывают по наименьше­му устьевому и забойному давлениям на поздней стадии раз­работки месторождения. В нефтяных скважинах внутреннее давление вычисляют с учетом снижения уровня жидкости в стволе на последней стадии эксплуатации.

Внутреннее давление. Высокое внутреннее давление воз­никает в обсадной колонне при нагнетании цементного рас­твора под давлением в скважину (продавка цементного рас­твора в затрубное пространство, гидроразрыв пластов и т. д.) и притоке пластового флюида из горизонтов с аномально вы­соким пластовым давлением (АВПД). Оно особенно опасно в газовых скважинах при эксплуатации месторождений с высо­ким пластовым давлением. С точки зрения действия избыточ­ного внутреннего давления наиболее нагруженным оказыва­ется верхнее (устьевое) сечение обсадной колонны. Внутрен­нее давление достигает максимального значения в период ввода скважины в действие.

Для этого этапа внутреннее давление вычисляют по сле­дующим формулам: в нефтяной скважине

Рв* = Рил — Ркд(Н — г); (10.39)

в газовой скважине Рвг = Рпле“5, (10.40)

„0<Ш15ЯН-*>. (10.4Ц

тТср

где рк — плотность жидкости в колонне; р — относительная плотность газа по воздуху; Н — расстояние от поверхности до середины газовой залежи, м; т — коэффициент сверхсжимае­мости газа; Гср — средняя абсолютная температура по стволу скважины, К.

Внутреннее давление в газовой скважине принимается по­стоянным по стволу и равным пластовому, если оно не пре­вышает 10 МПа при глубине любой скважины не свыше 1000 м или если при любой глубине скважины оно не свыше 4 МПа.

При испытании обсадных колонн на устье в колонне соз­дается давление, на 10 % превышающее его максимальное ожидаемое значение. В этом случае распределение внутрен­него давления определяется из выражения

Рвг 1ДРу + Ропвг, (10.42)

где роп — плотность жидкости, используемой при опрессовке колонны.

За расчетное избыточное внутреннее давление принимает­ся разность

Рв. избя Рвг — Ри. г• (10.43)

Для облегчения расчетов распределение избыточных на­ружного и внутреннего давлений изображается графически на эпюрах давлений.

Комментарии запрещены.