Расчет колонны на избыточное внутреннее давление

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

- давление на устье при работе нефтяной скважины составит:

Р_У = Р_ПЛ 10^-6 gρ_Н Н_ПЛ = 35,8 10^-6 ·10 · 850 ·3425 = 6,7 МПа

Давление опрессовки должно превышать ожидаемое рабочее давление (Р_У), и должно быть не ниже установленного минимального опрессовочного давления для данного диаметра обсадной колонны (Р_{ОПР min}) /8/:

Р_ОПР  1,1Р_У  1,1· 6,7 = 7,36 МПа;

Р_ОПР  Р_{ОПР min} = 12,5 МПа

Исходя из этих условий, принимаем Р_ОПР = 12,5 МПа

Рассчитаем внутренние избыточные давления для характерных точек ствола скважины:

- на устье скважины:

Р_ВИо= Р_Во – Р_Но = 12,5 – 0 = 12,5 МПа

- на глубине уровня цемента (Z = h):

Р_ВИh = Р_ОПР 10^-6 · g(ρ_р – ρ_ж )h = 12,5  10^-6·10·(1160  1040)· 900= 11,42 МПа

- у башмака предыдущей колонны (Z = Н_О):

Р_ВИНо = Р_ОПР -10^-6g (ρ_р – ρ_ж) h+ (ρ_гс – ρ_ж ) · (Н_О – h)] =

= 12,510^-6 ·10·(1160 – 1040) ·900 + (1110 –1040) · (1300 900)]= 11,14 МПа

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

Р_ВИНпл1 = Р_ОПР 10^-6g(ρ_р – ρ_ж) h+ (ρ_гс – ρ_ж ) · (Н_ПЛ1 – h)] =

= 12,510^-6 ·10·(1160 – 1040) ·900 + (1110 –1040) · (3425 900)]= 9,65 МПа

Р_ВИНпл2 = Р_ОПР 10^-6g(ρ_р – ρ_ж) h+ (ρ_гс – ρ_ж ) · (Н_ПЛ2 – h)] =

= 12,510^-6 ·10·(1160 – 1040) ·900 + (1110 –1040) · (3930 900)]= 9,3 МПа

По полученным данным строим зпюру избыточных внутренних давлений (рис. 1, линия IV).

Рассчитаем коэффициенты запаса прочности на внутреннее давление для верха каждой секции выбранной компоновки. Значения внутренних избыточных давлений (Р_ВИ) снимаем с эпюры (рис.1, линия IV).

Для первой секции:

n_ВН = Р_КР/Р_ВИ = 36,6/ 9,3 = 3,93   n_ВН = 1,15

Для второй секции:

n_ВН = Р_КР/Р_ВИ = 33,2/ 10,7 = 3,1  1,15

Для третьей секции:

n_ВН = Р_КР/Р_ВИ = 36,6/ 11,4 = 3,21  1,15

Для четвертой секции:

n_ВН = Р_КР/Р_ВИ = 43,7/ 12,05 = 3,63  1,15

Для пятой секции:

n_ВН = Р_КР/Р_ВИ = 49,9/ 12,5 = 4,1  1,15

Таким образом, все секции выдерживают избыточное внутреннее давление с необходимым запасом прочности.

Окончательно принимаем компоновку эксплуатационной колонны, приведенную в таблице

Расчет цементирования эксплуатационной колонны

Расчет расхода материалов

Рассчитаем объемы и количество материалов для приготовления цементных растворов.

Объем облегченного цементного раствора:

V_оцр = 0,785{(D_в² - D_н²)(Н_О – h) + [(D_д)² - D_н²( Н_Ц - Н_О )} =

= 0,785{(0,219² - 0,140²)(1300 -900) + [(1,040,1905)² - 0,140²(3100 - 1300)} = 36,67 м³

Примем, что для приготовления облегченного цементного раствора используется глиноцементная смесь (гельцемент) с применением бентонитового глинопорошка при водосмесевом отношении 0,7.

Тогда количество глиноцементной смеси, необходимой для приготовления 1 м³ облегченного цементного раствора определится как:

q = _оцр/( 1 + m) = 1590/(1 + 0,7) = 935,3 кг/м³

Доля облегчающей добавки (резиновая крошка) в тампонажной смеси составит:

а = {[_ц_д(1/q - 10^-3 m)] - _д}/(_ц - _д) = {[3100  1300(1/935,3 - 10^-30,7)] – 1300}/(3100 - 1300) = 0,1

Количество тампонажной смеси для приготовления всего объема облегченного цементного раствора:

G_тс = k_ц qV_оцр10^-3 = 1,03  935,3  36,6710^-3 = 35,32 т,

В том числе:

- портландцемента:

G_ц = (1 - а)  G_тс = (1 – 0,1)  35,32 = 31,8 т;

- облегчающей добавки:

G_д = а  G_тс = 0,1  35,32 = 3,52 т

Объем воды для приготовления облегченного цементного раствора:

V_в = k_вmG_тс = 1,05  0,7  35,32 = 25,96 м³

Объем цементного раствора нормальной плотности:

V_цр = 0,785 {[(D_д)² - D_н²( Н – Н_Ц ) + D_В² h_ст} =

= 0,785{[(1,040,1905)² - 0,140²( 4000 - 3100) + 0,219²10} = 14,26 м³

Расход цемента для приготовления 1 м³ цементного раствора (при водоцементном отношении 0,5):

q = _цр/( 1 + m) = 1850/(1 + 0,5) = 1230 кг/м³

Количество цемента для приготовления расчетного объема цементного раствора:

G_ц = k_ц qV_цр10^-3 = 1,03  1230  14,2610^-3 = 18,07 т

Объем воды для пориготовления цементного раствора нормальной плотности:

V_в = k_вmG_ц = 1,05  0,5  18,07 = 9,4 м³

Объем продавочной жидкости составит:

V_пр = k_cж 0,785 D_Вср² (L - h_ст) = 1,03  0,785  0,132² (4000 - 10) = 56,21 м³

Поскольку считается, что для обеспечения надежного разделения бу­рового и тампонажного растворов в процессе цементирования необходимо создавать в затрубном пространстве столб буферной жидкости высотой не менее 150-200 м, принимаем высоту столба буферной жидкости 200 м. Объем буферной жидкости составит:

V_БЖ = 0,785 [(D_д)² - D_н² h_БЖ = 0,785[(1,040,1905)² - 0,140² 200 = 3,08 м³