Расчет эксплуатационной колонны

Расчет эксплуатационной колонны

РАСЧЕТ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ

КОЛОННЫ И РАСЧЕТ ЕЕ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

Вариант №7

Начальные данные

1. Предназначение скважины - эксплуатационная, для добычи нефти.

2. Профиль скважины - вертикальная.

3. Глубина скважины, длина эксплуатационной колонны Н = 2700 м.

4. Поперечник долота при бурении под эксплуатационную колонну DД = 190,5 мм.

5. Коэффициент уширения ствола скважины a= 1,05.

6. Внешний поперечник эксплуатационной колонны D Н = 140 мм.

7. Глубина спуска предшествующей обсадной колонны НО Расчет эксплуатационной колонны = 800 м.

8. Внутренний поперечник предшествующей колонны D¢в = 219 мм.

9. Цементирование эксплуатационной колонны делается до глубины, h = 0м.

10. Высота цементного стакана в эксплуатационной колонне hcт = 10 м.

11. Высшая часть колонны цементируется облегченным цементным веществом, нижняя - цементным веществом обычной плотности. Глубина смены цементных смесей НЦ = 2400 м.

12. Время загустевания цементных смесей ТНЗ Расчет эксплуатационной колонны = 140 мин.

13. Глубина залегания продуктивных пластов

2600-2650м., Рпл1 = 28,1 МПа, Ргрп=41,5 МПа

14. Плотности смесей:

- бурового ρр - 1240 кг/м3;

- облегченного цементного ρоцр = 1570 кг/м3;

- цементного раствора обычной плотности ρцр = 1810 кг/м3;

- продавочной жидкостиρпр = 1240 кг/м3;

- буферной воды ρбж = 1020 кг/м3;

- нефти сначала эксплуатации ρнн = 850 кг/м3;

- нефти (отбираемой воды) в конце эксплуатации ρн = 880 кг Расчет эксплуатационной колонны/м3;

- воды, заполняющей поры цементного камня ρгс = 1100 кг/м3;

- опрессовочной воды ρож = 1020 кг/м3;

- воды в колонне при испытании ее на плотность понижением уровня ρж = 1050 кг/м3;

19.Глубина понижения уровня воды при испытании колонны на плотность НУГ = 1300 м.

20. Глубина понижения уровня воды в колонне в конце эксплуатации НУК = 1500 м Расчет эксплуатационной колонны.

Расчет эксплуатационной колонны

Расчет колонны на лишнее внешнее давление

Расчет эксплуатационной колонны на лишниие внешние (сминающие) давления проводят для последующих моментов времени:

- при окончании процесса цементирования;

- при понижении уровня воды в колонне при при испытании её на плотность в один прием без пакера;

- при окончании эксплуатации скважины.

Рассчитаем лишнее внешнее давление Расчет эксплуатационной колонны в момент окончания цементирования обсадной колонны для соответствующих глубин.

- у устья скважины (Z = 0):

РНИо = РНо - РВо = 0

- у ботинка предшествующей колонны (Z = НО):

РНИ = 10-6g [ρр h + ρоцр (НО – h) - ρпр НО] = 10-6 10 [(1240×0 + 1570(800 – 0) – 1240×800]= 2,64 МПа

- на глубине смены цементных смесей (Z = НЦ):

РНИ = 10-6g[ρр h + ρоцр(НЦ– h) - ρпр НЦ] = 10-6 10 [(1240×0 + 1570(2400 – 0) – 1240×2400] = 7,92 МПа

- у ботинка эксплуатационной колонны Расчет эксплуатационной колонны (Z = Н):

РНИ z = 10-6g[ρр h + ρоцр (НЦ– h) + ρцр ( Н - НЦ) - ρпр Н ] =

= 10-610[ 1240×0 + 1570(2400 –0) +1810(2700 - 2400) - 1240×2700] = 9,63 МПа

По данным расчета строим эпюру лишних внешних давлений (рис. 1, линия I).

Рассчитаем лишнее внешнее давление в момент тесты эксплуатационной колонны на плотность понижением уровня:

- у устья скважины (Z = 0):

РНИо = РНо - РВо = 0

- на глубине уровня Расчет эксплуатационной колонны цемента (Z = h):

РНИ=10-6g ρр h= 10-6×10 ×1240×0= 0 МПа

- у ботинка предшествующей колонны (Z = НО):

РНИ=10-6gρгс НО = 10-6×10 ×1100 ×800 = 8,8 МПа

- на уровне продуктивного пласта. Для этого поначалу рассчитаем эквивалент градиента пластового давления (aПЛ):

aПЛ1 = РПЛ1/0,01 НПЛ1 = 28,1/0,01×2625 = 1,07 < 1,1,

при aПЛ < 1,1 РНИ не учитывается

- на глубине уровня воды в колонне (Z = НУГ):

РНИ=10-6g Расчет эксплуатационной колонны[ρрh+ρгс(НУГ - h) ]= 10-6×10 ×[1240×0+1100×1300] = 14,3 МПа

- у ботинка эксплуатационной колонны (Z = Н):

РНИ=10-6g[ρрh+ρгс(Н- h)-ρж(H- НУГ)]=

10-6×10 ×[1240×0+1100×(2700-0)-1050×(2700-1300)] = 15 МПа

По данным расчета строим эпюру лишних внешних давлений на момент тесты колонны на плотность понижением давления (рис. 1, линия II).

Рассчитаем лишнее внешнее давление для конца эксплуатации

скважины:

- у устья скважины (Z Расчет эксплуатационной колонны = 0):

РНИо = РНо - РВо = 0

- у ботинка предшествующей колонны (Z = НО):

РНИ =10-6gρгс НО = 10-6×10 ×1100 ×800 = 8,8 МПа

- на глубине уровня воды в колонне (Z = НУК):

РНИ =10-6gρгс НУК = 10-6×10 ×1100 ×1500 = 16,5 МПа

- на забое скважины (Z = Н):

РНИ = 10-6g[ρгсН - ρж(Н - HУК)] = 10-6•10[1100 × 2700 - 1050(2700 - 1500)] = 17,1 МПа

По данным расчета строим эпюру лишних внешних давлений на конец эксплуатации скважины (рис Расчет эксплуатационной колонны. 1, линия III).

Из построенных эпюр видно, что наибольшее лишнее внешнее давление имеет место для конца эксплуатации скважины.

Для зоны эксплуатационного объекта (интервал пласта ±50 м) примем коэффициент припаса прочности на смятие равным 1,15, для остальной части колонны – 1,0. На границах зоны эксплуатационного объекта с эпюры (рис. 1, линия III) снимаем значения лишнего внешнего давления:

- на Расчет эксплуатационной колонны глубине 2550 м – 17,05 МПа;

- на глубине 2700 м – 17,1 МПа.

Величина внешних лишних давлений, которые должна выдерживать обсадная колонна будут последующими:

- на глубине 2550 м – 17,05 • 1,15 = 19,6 МПа;

- на глубине 2700 м – 17,1 • 1,15 = 19,67 МПа.

На эпюре лишних внешних давлений на конец эксплуатации скважины (рис. 1, линия III) на границе зоны эксплуатационного объекта откладываем приобретенные значения давлений Расчет эксплуатационной колонны и соединяем их прямыми линиями. Таким макаром, мы получили эпюру давлений, которые должна выдерживать колонна с учетом нормированных коэффициентов припаса прочности на смятие. По этой эпюре графическим методом можно подбирать длины секций обсадных труб. Для сборки колонны примем муфтовые трубы с треугольной резьбой обычной длины, выполнения «Б» – НОРМКБ. Сминающее давление Расчет эксплуатационной колонны в 19,67 МПа выдерживают трубы НОРМКБ 139,7Кх7,0 (26,1 МПа). Наивысшую глубину, на которой могут быть установлены эти трубы возьмем 2700 м, до забоя скважины.

Сборка эксплуатационной колонны

из расчета на лишнее внешнее давление.

№ сек- ции Типоразмер обсадных труб Толщина стены, мм Группа прочности стали Интервал установки, м Длина секции, м Вес секции, кН
НОРМКБ Расчет эксплуатационной колонны 139,7 7,0 К 0-2700 639,9

Расчет колонны на растяжение (страгивание)

Избранную из расчета на лишнее внешнее давление сборку эксплуатационной колонны нужно проверить на осевые растягивающие нагрузки. Для этого поочередно (снизу ввысь) для верха каждой секции рассчитывают коэффициент припаса прочности на растяжение (страгивание).

Для первой секции:

nСТР = QСТР/å qi × li = 863/ 639,9= 1,35 > [nСТР] = 1,15

После Расчет эксплуатационной колонны расчета на страгивание компановка эксплуатационной колонны остаётся той же.

Расчет колонны на лишнее внутреннее давление

Расчет колонны на лишнее внутреннее давление (разрыв) проводят для момента ее тесты гидравлической опрессовкой в один прием без пакера.

Давление на устье при работе нефтяной скважины составит:

РУ = РПЛ -10-6 gρН НПЛ = 28,1 -10-6 ·10 · 880 ·2625 = 5 МПа

Давление опрессовки должно превосходить ожидаемое Расчет эксплуатационной колонны рабочее давление (РУ), и должно быть не ниже установленного малого опрессовочного давления для данного поперечника обсадной колонны (РОПР min) /8/:

РОПР ³ 1,1РУ ³ 1,1· 5 = 5,5 МПа;

РОПР ³ РОПР min = 12,5 МПа

Исходя из этих критерий, принимаем РОПР = 12,5 МПа

Рассчитаем внутренние лишниие давления для соответствующих точек ствола скважины

- на устье скважины:

РВИо Расчет эксплуатационной колонны= РВо – РНо = 12,5 – 0 = 12,5 МПа

- на глубине уровня цемента (Z = h):

РВИh = РОПР -10-6 · g(ρр – ρж )h = 12,5 - 10-6·10·(1240 - 1050)· 0= 12,5 МПа

- у ботинка предшествующей колонны (Z = НО):

РВИНо=РВНо–РННо= (РОПР+10-6gρожНО) -10-6gρгсНО=

= (12,5+10-6·10·1020·800)-10-6·10·1100·800 = 11,86 МПа

- на глубине залегания продуктивного пласта (при aПЛ < 1,1):

РВИНпл = РОПР -10-6g[(ρр – ρж) h+ (ρгс – ρж ) · (НПЛ – h)]=

= 12,5-10-6 ·10·[(1240 – 1050) ·0+(1100 –1050) · (2625- 0)]= 11,18 МПа

По приобретенным данным строим зпюру лишних внутренних Расчет эксплуатационной колонны давлений (рис. 1, линия IV).

Рассчитаем коэффициенты припаса прочности на внутреннее давление для верха каждой секции избранной сборки. Значения внутренних лишних давлений (РВИ) снимаем с эпюры (рис.1, линия IV).

Для первой секции:

nВН = РКР/РВИ = 33,2/ 12,5 = 2,65 > [ nВН] = 1,15

Таким макаром, секция выдерживает лишнее внутреннее давление с нужным припасом прочности Расчет эксплуатационной колонны.

Совсем принимаем сборку эксплуатационной колонны, приведенную в таблице


raschet-i-analiz-parametrov-setevogo-grafika.html
raschet-i-konstruirovanie-bazi-kolonni.html
raschet-i-konstruirovanie-fundamenta-pod-promezhutochnuyu-oporu-mosta-kursovaya-rabota.html