Технология бурения нефтяной скважины Чаяндинского месторождения

Принимаем секцию, составленную из труб ТБПК 127 x 9,19 ''Е''

 

 

Принимаем длину  труб ТБПК 127 x 9,19''Е'' равную 1820 м

 

Вес колонны: QБТ(127)  = 1820·0,289·10^-3  = 0,52 МН

 

 

 

 

 

 

Расчет на статическую прочность

 

Растягивающее напряжение:

где k – коэффициент, k = 1,15;

      QБТ – вес колонны бурильных труб данной секции, МН;

      QУБТ – вес колонны УБТ, МН;

     Fтр – площадь сечения трубы, м².

Коэффициент запаса прочности:

где σТ – предел текучести материала бурильных труб, МПа.

, что допустимо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Крепление скважины обсадными  колоннами

 

6.1 Расчет промежуточных обсадных  колонн

 

Обсадные  колонны в процессе цементирования и эксплуатации скважины подвергаются воздействию различных нагрузок, основными из которых являются:

• Осевые растягивающие нагрузки от веса колонны;
• Осевые сжимающие нагрузки от веса части колонны при ее посадке на уступ или забой;
• Динамические нагрузки, возникающие при неустановившемся движении колонны;
• Осевые статические нагрузки от избыточного давления и температуры;
• Избыточные наружные и внутренние давления в затрубном пространстве и внутри обсадной колонны;
• Изгибающие нагрузки из-за искривления колонны в результате потери устойчивости или при нахождении ее в искривленных участках ствола скважины.

Наиболее  опасными являются растягивающие, наружные и внутренние избыточные давления. Проектом предусматривается выбор  типа обсадных труб, марки стали  и толщины стенок из расчета на смятие (от действия наружного избыточного  давления), расчета на разрыв (от действия внутреннего избыточного давления), расчета на страгивание (от действия растягивающих нагрузок)

 Расчет  обсадных колонн производится  согласно действующей инструкции  «Инструкции по расчету обсадных  колонны для нефтяных и газовых  скважин». Москва,1997 г.

 

 

 

 

 

 

Рассчитываем техническая колонна диаметром 244,5 мм

 

Исходные  данные:

 

Расстояние  от устья скважины, м :

-до башмака  колонны  , L = 1620 м;

-до уровня  цементного раствора , h= 0

-до уровня  жидкости в колонне H = 0

- пластовое  давление на глубине 2000 м, Рпл= 19,65МПа.

  

Плотность, г/см

-цементного  раствора за колонной , g_цр = 1,55*10⁴

-бурового  раствора в колонне , = 1,2*10⁴

-опрессовочной жидкости , = 1,2*10⁴

-плотность  жидкости в колонне , g_в=0,8*10⁴

-плотность  вешилижаших пород , g_п=2,1*10⁴

 

Коэффициенты запаса прочности:

- , критическое давление , 1,0

- , на внутреннее давление , 1,15

- [n₃] , расчет на растяжения , 1,3

g - относительный удельный вес газа по воздуху – 0,6

m - коэффициент сверхсжимаемости – 0,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение  эпюры внутренних давлений

 

Определяем  минимальное внутреннее давление при  фонтанировании скважины газом с  глубины  ℓ=2000 м

 

-при Z=0       P_BZ=        Р_BZ =

 

 

-при Z=L=1620 м:       P_BZ = Р_BL=

 

Строим эпюры  АВ рис.1

 

Определяем  максимальной внутреннее давление при закрытом устье после открытого фонтанирования газом фор.(4.1) - (4.1д)

 

-при Z=0      S=10^-4γ(L-Z)        S=10^-4*0.6(2000) = 0.12

 

е^S                  е^S = =1.12                    (4.1д)

 

Р_ВУ = ^;                    Р_ВУ = =17.86              (4.1)

 

-при  Z=L=1620 м         S=10^-4*0.6(2000-1620)=0.022

 

е^S=                Р_ВL=  

 

Строим эпюры  СD рис. 1

 

Определяем  максимальное внутреннее давление при окончания цементирования при h=0: и сохранении его устье при ОЗЦ

 

-при Z=0            Р_ВZ=Р_BУ=10^-6(γ_цр-γ_в)*L=10^-6(1.55-0.8)*10⁴*1620 = 12.15 Мпа

 

-при Z=L=1620

 

Р_ВZ=Р_ВL=Р_BУ+10^-6*γ_В*Z=(5.67+10^-6*0.8*10⁴*1620)= 18.63 Мпа

 

Строим эпюры  ЕF рис. 1   

 

 

 

 

 

 

 

Построение  эпюры наружных давлений

 

Определяем  наружных давление при углублении скважины после ОЗЦ колонны по п. 2.6 (2.7) при h=0

 

-при Z=0       Р_ВZ=Р_НУ=0

 

-при Z=L=1620 м                 Р_НZ = 10^-6*γ_р*Z

 

Р_НZ=(10^-6*1.2*10⁴*1620)Мпа=19.44 Мпа

 

Строим эпюры  АВ рис. 2

 

Интервал  расчета по горному давлению принимаем  в соответствии с п. 2.7 подпунктом б  от.1360-1570 м.

 

Определяем  горное давление по формуле (2.12);

-при Z=1360 м       Р_НZ = (10^-6*2.1*10⁴*1360)Мпа = 28.56 Мпа

 

-при Z=1570 м       Р_НZ = (10^-6*2.1*10⁴*1570)Мпа = 32.97 Мпа

 

Определяем  наружное давление по формуле (2.7)

-при Z=1360 м   Р_НZ = (10^-6*1.2*10⁴*1360)Мпа = 16.32 Мпа

-при Z=1570 м   Р_НZ = (10^-6*1.2*10⁴*1570)Мпа = 18.84 Мпа

 

Поскольку в  интервале 1360….1570 м давление , определенное по формуле (2.12) , больше вычисленного по формуле (2.7) , в этом интервале за расчетное принимаем значения горного давления , а эпюре АВ (рис.2) делаем поправку , получая эпюру АСDEFB.

 

Определяем  наружное давление при окончании цементирования по пп. 3.11 2.8 и фор.(2.14) при h=0;

-при Z=0 Р_НZ = Р_НУ = 0

-при Z=L= 1620 м; Р_НZ = (10^-6*1.8*10⁴*1620)Мпа= 29.16 Мпа

 

Строим эпюры  АG рис.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построение  эпюр избыточных наружных давлений

 

Определяем  избыточное наружное давление при цементирования по формуле (2.15) и пп. 16.30 и 16.33;

 

Р_НИZ = Р_НZ - Р_ВZ

-при Z=0 Р_НИZ=Р_НИУ = (0-5.6)Мпа= -12.15 Мпа

-при Z=L=1620 Р_НИZ = Р_НИУ = (29.16-29.16)Мпа=0

 

Строим  эпюры АВ рис.3

 

Определяем  избыточное наружное давление при выбросе  в процессе дальнейшего углубления скважины по формуле (2.15) и пп. 16.29 и 16.32;

-при Z=0 Р_НИZ=Р_НИУ=0

 

-при Z=1360 м в точке С эпюры (рис. 2) , с учетом формулы: (4.1д):

Р_НИZ =16.32 - (0+)Мпа= 11 Мпа

 

-при Z=1360 м в точке D (рис. 2)

Р_НИZ = 28.56 - (0+)Мпа= 23.12 Мпа

 

-при Z=1570 м в точке Е (рис. 2)

Р_НИZ = 32.97 - (0+)Мпа= 26.77 Мпа

 

-при Z=1570 м в точке F (рис. 2)

Р_НИZ =18.84-(0 +)Мпа = 12.7 Мпа

 

-при Z=L=1620 м в точке В (рис. 2)

Р_НИZ = Р_НИL= (19.44 - 6.4)Мпа= 13.04 Мпа

 

Строим эпюру  СDEFGН (рис.3) , которую принимаем для расчета колонны на максимальное избыточное наружное давление .

 

При замене бурового раствора с γ_в=0.8*10⁴ Н/м³ раствором для испытания колонны на герметичность с γ_ж=1.2*10⁴ Н/м³ формула (2.15) приобретает вид

 

Р_НИZ=Р_НZ - 10 ^-6*γ_жZ=Р_НZ-10^-6*1.2*10⁴*Z=Р_НZ  - 1.2*10^-2Z .

Используя значение Р_НZ , по эпюре наружных давлений АСDEFB (рис.2) получим:

 

 

 

 

 

 

-при Z=0 Р_НZ =0

-при Z=1360 м в точке С рис.2        Р_НИZ = (16.32-1.2*10^-2*1360)Мпа=0

-при Z=1360 м в точке D рис.2       Р_НИZ = (28.56-1.2*10^-2*1360)Мпа=12.24 Мпа

-при Z=1570 м в точке Е рис.2        Р_НИZ = (32.97-1.2*10^-2*1570)Мпа=14.13 Мпа

-при Z=1570 м в точке F рис.2        Р_НИZ = (18.84-1.2*10^-21570)Мпа=0

-при Z=L=1620 м в точке В рис.2   Р_НИZ = Р_НИL= (19.44-1.2-10^-2*1620)Мпа=0

 

Полученные  значения Р_НИZ для всех характеристик глубин ниже полученных для эпюры СDEFGН (рис.3), в связи с чем на рисунок их не наносим и принимаем в дальнейшем для расчета колонны на избыточное наружное давление эпюры СDEFGН (рис.3)

 

 

Построение  эпюры избыточных внутренних давлений

 

Для построения эпюры максимального рабочего избыточного  внутреннего давлений принимаем  значения Р_ВZ по п. 16.29 (эпюра СД рис.2); горное давление в соответствии с пп. 2.17-2.19 в расчет не принимается.

 

При закрытом устье после открытого фонтанирования газом

Р_ВИZ = Р_ВZ - Р_НZ, следовательно;

-при Z=0   Р_НИZ = Р_ВИУ=Р_ВУ-Р_НУ=(17.86-0)Мпа = 17.86 Мпа

-при Z=L=1620 м  Р_НИZ = Р_ВИL=(19.44-19.44)Мпа = 0 Мпа 

 

Строим эпюру  АВ рис.4

 

При испытании  колонны на герметичность в один прием без пакера при  γ_ж=1.2*10⁴Н/м³ максимальное рабочее давление по формулам (2.27),   (2.28);

 

Р_ВИZ = ,     где  Р_ВZ = 1.1Р_ВZ;

 

= 1.1Р_ВУ+10^-6γ_жZ=1.1*12+10^-6*1.2*10⁴*Z=13.2+1.2*10^-2*Z

Р_ВИZ = 13.2+1.2*10^-2*Z-Р_НZ;

-при Z=0   Р_ВИZ = (19.64-0)Мпа=19.64 Мпа

-при Z=L=1620 м  Р_ВИL = (19.64+1.2*10^-2*1620-19.44)Мпа=19.64 Мпа

 

Строим  эпюру СD рис.4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор труб и расчет колонны

 

Проектом предусматривается применят обсадные трубе с резьбами типа ОТТМ и уплотнительными материалами Р-2МПВ, Р-402 по ГОСТ 632-80 диаметром 245 мм исполнения А

Для  глубине Z=L=1620 м Р_НИZ = Р_НИL = 13.04 Мпа, для которого проверка на прочность не требуется . Поэтому для нижней секции колонны выбираем трубы по Р_ВИL , для которых максимально допустимое внутреннее давление по пределу текучести

Р_ТРВИL*n_{2(19.64*1.15)} Мпа= 22.6 Мпа

 

Из прил. 4 видно, что этому значению соответствуют  обсадные  трубы 2458.9 мм группы прочности «Д» . для которых по прил. 4 имеем

 

Р_КР1 = 24.2 Мпа    ₁ = 2000 кн    Q_Т1 = 2490 кн    q₁ = 0.520 кн

В интервале действия горного давления на глубине 1570 м эти трубы не могут  быть установлены , так как при n₁=1 на этой глубине

Р_НИZ = 26.77 МпаР_КР1=24.2 Мпа, т.е. длина 1-й секции колонны из труб

245 мм ℓ₁=L-L₁=(1620-1570)м=50 м

а вес ее Q₁ = (50*0.520)кн=26 кн

 

Для 2-й секции колонны выбираем трубы диаметром 24511.1 мм с группы прочности «М» , для которых по прил. 2-4 ,6 и 12 имеем

 

Р_КР2 = 27.2 Мпа ₂ = 3589 кн Q_Т2 = 6158кн  q₂ = 0.643 кн

 

Р_Т2 = 60.2 Мпа

 

Для 3-й секции принимаем те же трубы , что и для 1-й секции.

Тогда длена 2-й секции определяем из условия равенства Р_{КР3 =} Р_КР1 и Р_НИZ в интервале действия горного давления при n₁=1.0 (2.30-2.31)

 

Р_НИL2 = Р_КР1=Р_НИ1570 - _2 2 = 60 м.

Вес 2-й секции Q₂= (60*0.643)кн = 38 кн

Длена двух секции ℓ₁+ℓ₂= (50+60)м = 110 м            Вес двух секции 64 кн

 

Определяем Р^'_КР3 по фор.(2.35)                   Р^'_КР3 = [24.2(1 - 0.3)]Мпа=24 Мпа

так как значение Р^'_КР3 близко к Р^'_КР3 = Р^'_КР1=24.2 Мпа то поправка ₂ не требуется

Проверим возможность применения этих труб для условия Z=0 ,

т.е. при Р_ВИУ =19.64 Мпа (эпюра АВ рис. 4)  Р_Т3/n₂ = Р_Т1=/n₂=24.2/1.15=2119.64 что допустимо

Тогда 3-й секции будет состоять из труб 245 мм с группа прочности «Д»

и ее длена ℓ₃ = L-ℓ₁-ℓ₂ = (1620-50-60)м = 1510 м

а ее вес Q₃ = (1510*0.520)кн = 785.2 кн

 

 

4-й секции  состоять из труб диаметром  24512 мм с группа прочности «Д»   Р_КР4 = 23.4 Мпа эти трубы будем установит до глубине 20 м. и по прил. 2-4, 6 и 12 имеем

 

Р_КР4 = 23.4 Мпа ₄ = 2657 кн Q_Т4 = 3314 кн  q₄ = 0.693 кн

Р_Т4 = 32.5 Мпа

 

Q₄ = (20*0.693)кн = 13.86кн

 

Тогда L₃ = (1510-20)м = 1490м а вес ее Q₃ = (1490*0.520)кн = 774.8кн

 

Вес четырех секции Q = Q₁+Q₂+Q₃+Q₄ = 852.66 кн

 

 

 

 

Конструкция колонны из труб по ГОСТ 632-80 исполнения А диаметром 245 мм с соединением типа ОТТМ     Таблица 2.2

Номер секции	Интервал установке. м	Длина секции. м	Толшина стенки. мм	Группа прочности	Вес секции
1	1620-1570	50	8.9	Д	26
2	1570-1510	60	11.1	М	38
3	1510-20	1410	8.9	Д	785.2
4	20-0	20	12	Д	13.86
Всего	0….1620	1620	-	-	852.66