Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Задача об удлинении колонны бурильных труб, рассмотренная в работе С. М. Кулиева, А. Э. Кулиева и Ю. Э. Гулиева, реша­лась в предположении, что колонна неподвижна и может быть уподоблена стержню с закрепленным верхним кондом; стержень погружен в буровой раствор, циркуляция отсутствует, тепловой режим установившийся. Общее удлинение колонны ДIs. слагается из удлинения от собственного веса Д/в и температурного удлине­ния Д/<, а фактическая длина бурильной колонны Ьф равна сумме Еф ~ = Е0 + Д^в> (VI -86)

где Lq—-‘первоначальная длина бурильной колонны.

Слагаемые Д/в и Д/* определяются из зависимостей

L

(VI.87) (VI. 88)

А1В = (Тт Уж) J" £~(f)

_ с ‘

L ‘

Alt = aj tdl

о

в предположении, что

^ = ^0-|-Г/; а Е (0 — Et ~Ь = ^1 "Ь Ф Ко Г1) •

В результате ряда преобразований и упрощений указанные авторы в конечном счете пришли к следующей формуле:

, (Тт — Уж) Eq / п.2 Ч

2 =———- 2£^р———— +*{&- + —)’ (V1 -89)

В приведенных выражениях принято: ут; уж— удельные веса материала труб и бурового раствора соответственно; I — длина колонны до заданного сечения; L — длина колонны после ее удли­нения под действием собственного веса, L = L0+AlB; Еи Еср, E(t) — значения модуля продольной упругости материала труб — началь­ное, среднее и с учетом влийния температуры соответственно

ЕСр = Ех — ф — = Е{ — ф^0 — kL

•tp— коэффициент пропорциональности; t0 — температура на устье, соответствующая отрезку, отсекаемому геотермой на оси темпе­
ратур; Г — геотермический градиент; а — коэффициент линейного расширения материала труб. Обычно принимают: для стальных труб — Е = 2• 105 МПа; ф = 4,873-105 МПа/°С; ‘a=l,2-10-5 1/°С;. для ЛБТ — £1 = 0,7 • 105 МПа; Ф=9,756-105 МПа/°С; а = 2,2Х хю-5 1/°С.

Т. А. Кирия и Н. А. Майсурадзе при определении величины А/в предложили учитывать (с помощью коэффициентов а и с) влияние утолщеций стенок колонны в местах резьбовых соеди­нений, а для определения текущей температуры использовать упрощенную формулу типа /=Г/. В итоге расчетная зависимость приняла вид

Alz = £(1 + 0,83ac) . • (VI.90)f

Однако обе рассмотренные формулы предполагают отсутст­вие циркуляции бурового раствора, что является их недостатком. Для того чтобы получить представление об удлинении колонны при наличии в скважине циркуляции, автором было предложено при раскрытии интеграла (VI.88) вместо зависимости /=/0 + П принять формулу (V.32). Практическое осуществление эта реко­мендация нашла в работе Г. П. Гиримова, где им былр получено^ следующее выражение: ‘

А/- = ?Т £срТЖ " ~t + “ (toL + Ь12 + ~Т~) ’ (VL91>

где а и Ь — коэффициенты из формулы (V.32).

А. А. Афанасьев и П. П. Курус сделали попытку применить для описания t. теоретическую зависимость А. А. Афанасьева. Но из-за громоздкости получившегося выражения прибегли к ли­нейной аппроксимации типа.

t = ty + kz k = (/3 — ty)/L0,

где t3, /у — температуры восходящего потока на забое и на устье соответственно. Тем самым, по сути дела, была принята схема решения Г. П. Гиримова, ибо, заменяя ty в соответствии с (V.31), непосредственно получаем формулу (V.32). Но в отличие от реше­ния Г. П. Гиримова и всех других авторов А. А. Афанасьев и П. П. Курус отсчет удлинений вели с учетом температуры воздуха перед спуском колонны (^в). Соответственно под интегралом (VI.88) фигурирует не просто текущая температура t, а разность t—tBt что в итоге приводит к’выраЖению вида

у’ — у, к 1%. г L2 1

= + + j, (VL92>

При этом предполагается, что у’ есть приведенный удельный, вес, учитывающий высадку концов и замков бурильных труб. Однако в справочной литературе, как правило, даются сведения о весе только гладкой части трубы. Поэтому представляется, что»

в этой части для практических расчетов удобнее методика, пред­ложенная Т. А. Кирия и Н. А. Майсурадзе, тем более, что коэффи­циенты а и с. уже заранее вычислены как для бурильных, так и для обсадных труб (абт = 0,06; аб. т = 3,5; ао. т=0,2; со. т = 2,0).

Исходя из таких соображений полагаем, что окончательную рас­четную зависимость целесообразнее всего составить путем ком­бинации выражений (VI.90), (VI.91) и (VI.92), а именно:

(VI. 93)

aL? -] V*-tj + bu + —

-ср

где 1,17 = 1 + 0,83 аб. тсб т; а и b —- коэффициенты из формулы (V.32) заранее известны и поэтому нет необходимости производить непо­средственные замеры величины tr. —

Уже расчеты по формуле (VI.89) показали (С. М. Кулиев, А. Э. Кулиев, Ю. Э. Гулиев), что колонна бурильных труб длиной 10000 м, находящаяся в скважине, заполненной буровым раство­ром (циркуляция отсутствует) удельным весом от 0,1 до 0,2 кН/м3, удлиняется от 30,1 до 27,7 м соответственно. Составляя всего около 0,3 % от общей длины колонны, такое удлинение тем не менее по своей абсолютной величине в ряде случаев (установка паккера, определение места утечки и т. п.) должно быть принято во внимание. Наряду с этим они нашли, что’удлинения колонны от собственного веса, найденные с учетом и без учета влияния температуры на модуль упругости, незначительно отличаются друг от друга и, в частности, для стальных труб безболезненно можно принимать, что E^t)=E{. Однако Г. П. Гиримов показал, что такое допущение для глубины свыше 10 000 м может привести к ошибке более чем 2 % для стальных труб и 12 % для легко­сплавных (ЛБТ).

Т. А. Кирия и Н. А. Майсурадзе было установлено, что при­мерно 60 % удлинения бурильной колонны происходит под дейст­вием собственного веса и 40 % — под действием температуры. Примерно такие же величины получили А. А. Афанасьев и П. П. Курус и, кроме того, показали, что от собственного веса максимальное удлинение получают верхние, а от действия тем­пературы— нижние участки колонны. В результате же по длине колонны создается сравнительно равномерное распределение линейных деформаций труб. Однако при наличии циркуляции нижние участки удлиняются меньше, чем в статическом состоя­нии бурового раствора, а верхние, наоборот, — больше. Иначе говоря, после возобновления циркуляции нижние участки начнут укорачиваться, а верхние — удлиняться; границей участков явля­ется точка пересечения геотермы с кривой распределения темпе­ратуры по стволу скважины. Удлинение труб от температуры тем больше, чем меньше температура окружающего воздуха, и, сле­довательно, при всех прочих равных условиях зимой удлинения колонй будут больше, чем летом.

По данным А. А. Афанасьева, П. П. Курус, а также Г. П. Гири — мова, колонны легкосплавных бурильных труб под воздействием
температуры удлиняются примерно в 2 раза больше, а под воз­действием одинаковой весовой нагрузки примерно в 3 раза больше, чем колонны стальных труб. Вместе с тем увеличение удельного веса бурового раствора приводит к резкому уменьше­нию удлинения колонны легкосплавных бурильных труб.

На рис. 31 показан график удлинения бурильной колонны, скомпонованной из различных труб, а именно: УБТ — 93,3 м;

Удлинение, м 4 6 8 10

Рис. 31. График удлинения буриль­ной колонны от действия собствен­ного веса и температуры. Колонна скомпонована из труб различного материала и диаметра (По данным А. А. Афанасьева и П."’ П. Курус)

СБТ — 1440 м; ЛБТ! — 1744,3 м; ЛБТ2 — 1289,2 м; СБТ — 1361,7 м. График построен по данным бу­рения скв. 1 Арал-Сор при глу­бине забоя #0 = 5941,2 м; /у =

-66 °С; t3= 133 °С; /f=Д33~~-66^

5941,2

= 1,13.10-» °е/м; tB = 5°С; *ф =

= 15 °С; Г = 2,5-10-2°С/м.

Кривая 1 на рис. 31 показы­вает удлинение всей колонны под. действием собственного веса. Кривые 2 отображают характер удлинений от действия темпера­туры в отсутствие (2,а) или при наличии (2,6) циркуляции буро­вого раствора. Кривые 3 пока­зывают суммарные удлинении колонны в статическом (3,а) и динамическом (3,6) состоянии бурового раствора. При этом рас­четы показали, что удлинение колонны под воздействием собст­венного веса составляет 7,1 м; от воздействия температуры при отсутствии циркуляции — 8,5 м, а при наличии ее — 9,59 м. Та­ким образом, разница" в удлинении за счет циркуляции составляет всего 9,59—8,5=1,09 м, а общая фактическая глубина скв. 1 Арал — Сор к рассматриваемому моменту

5941,2 + (15,6 16,7) = 5957 — г — 5958 м.

Расчет удлинений в колоннах, скомпонованных из труб различ­ных материалов и диаметров, в принципе ведется также по фор­муле (VI.86), которая в данном случае записывается в виде

i=n. .

, Д/2 = Д/в + Alt = у; (Д/Вг + Alt г),

Wi

где i — порядковый номер участка из одинаковых труб, начиная: от устья.

Однако такой расчет достаточно громоздок и здесь не рас­сматривается. Не рассматриваются и некоторые другие задачи,, непосредственно связанные с удлинением бурильной колонны, такие как определение длины свободной части колонны в случае прихвата инструмента в скважине, влияние удлинения бурильной колонны и каротажного кабеля на точность установки пакера и др..

Комментарии запрещены.