Расчет обсадных колонн на прочность

Наблюдения показывают, что обсадные колонны разрушаются под действием избыточных внутренних и наружных давлений (в т.ч. от обратного промерзания в ММП), а также собственного веса, от протирания бурильными трубами при роторном бурении и нарушения герметичности резьбовых соединений.

Прочность обсадных труб рассчитывается по следующим условиям:

1) на внутреннее давление

2) на наружное давление

3) на растяжение

где р_т, р_кр, р_ст – предельные внутренние, наружные давления и предельная растягивающая нагрузка обсадной колонны;

р_в, р_н, G – избыточные внутренние и наружные давления, растягивающая нагрузка;

n, S, K –коэффициенты запаса прочности по внутреннему, наружному давлению и растягивающей нагрузке;

[n],[S],[K] – допускаемые коэффициенты запаса прочности, которые приводятся в таблице (Баграмов).

Предельное внутреннее давление определяется по формуле

,

где с = 0,875 – коэффициент отклонения толщины стенки.

Значения р_т приводятся в справочниках «Трубы нефтяного сортамента» и Эльяшевском.

Предельное (критическое) наружное давлениер_кр определяется по формуле Саркисова.

Значения р_кр приводятся в справочнике «Трубы нефтяного сортамента» и Эльяшевском.

Смятие труб происходит при Р = (1,1…1,18)·Р_кр.

Предельная растягивающая нагрузка р_ст называется страгивающей (в основной плоскости резьбы) при напряжении, равном σ_т и определяется по формуле

,

где D₀ – средний диаметр сечения в основной плоскости резьбы (первой полной нитки), D₀ = D – 2h₁–b;

h₁ – глубина резьбы;

b – толщина стенки в основной плоскости;

η – коэффициент разгрузки,

l – длина резьбы до основной плоскости;

α – угол между опорной поверхностью резьбы и осью трубы;

φ – угол трения, φ = 7 ^о

Значения Р_ст приведены в справочнике и Эльяшевском.

Избыточные давления вычисляют по наиболее опасному сочетанию внутреннего и наружного давлений.

Избыточное наружное давление:

- для нефтяных скважин

при 0 ≤ z ≤ H

при Н≤ z ≤ L

- для газовых скважин

при 0 ≤ z ≤ H,

где H – расстояние от устья до уровня жидкости в колонне;

g – ускорение свободного падения;

Z – расстояние от устья до расчетного сечения;

L – глубина скважины;

p_min – минимальное внутренне давление в скважине в конце эксплуатации (определяется по устьевому и забойному);

ρ_жк – плотность жидкости в колонне;

ρ_р.з.к. – плотность бурового раствора за колонной.

Растягивающая нагрузка от собственного веса определяется по формуле

,

где m – число секций обсадной колонны;

l_i – длина i-й секции;

q_i – масса 1м труб i-й секции;

g – ускорение свободного падения.

Конструкция колонн состоит из отдельных секций труб, удовлетворяющих условиям равнопрочности. Для выбора равнопрочных секций проводят специальный расчет, порядок которого изложен в Баграмове.

Дата добавления: 2014-01-07