Наружное избыточное давление на обсадую колонну

Наружное избыточное давление на обсадную колонну определяется как разность между наружным рн и внутренним рн давлениями

Прежде чем приступить к расчету наружного давления и построению эпюры его распределения по колонне, необходимо проанализировать положение колонны и особенности геологического разреза в открытом стволе, перекрываемом данной колонной и выделить характерные интервалы и отметки глубины. Таковыми являются отметки высоты подъема цемента за колонной и глубины спуска предыдущей обсадной колонны, интервалы пластов с АВПД, интервалы залегания высокопластичных пород (например, соленосная толща). Затем приступают к расчету наружного давления.

В соответствии с требованиями инструкции, оно рассчитывается но следующим правилами: в зацементированном интервале (в интервале, перекрытом предыдущей обсадной колонной, или в открытом стволе при отсутствии зон АВПД и высокопластичных пород) по плотности жидкости ρ ж за колонной

при цементировании на момент окончания продавливания цементного раствора наружное давление рассчитывают по высоте столба жидкостей за колонной с учетом их плотностей)

р н =ρ ж gh+ρ ц.р g(z-h) (10.8)

в зацементированной части колонны после ОЗЦ по плотности минерализованной воды ρ ж =1100 кг/м3;

в интервале, перекрытом предыдущей колонной, в зацементированной зоне наружное давление после ОЗЦ определяется по гидростическому давлению составного столба жидкости (до цемента по плотности жидкости за колонной и ниже по плотности минерализованной моды или по фактической плотности жидкости затворения цементного раствора)

р н =ρ ж gh+1100g(z-h); (10.9)

при наличии за колонной интервалов с АВПД наружное давление принимается равным пластовому р н =р пл причем пластовое давление в пластах толщиной до 200 м принимают постоянным:

р пл =р кр +р под 2 (10.10)

в интервале залегания склонных к пластическим деформациям горных пород наружное давление рассчитывают по средней плотности горных пород в массиве р г.п :

и это давление распространяют на 50 м по обе стороны за пределы интервала.

По давлению в характерных точках и интервалах строится эпюра наружного давления. В промежутках между пластами с АВПД и зонами высокопластичных пород изменение наружного давления принимается по линейному закону.

При определении наружного избыточного давления внутреннее давление в колонне рассчитывают по давлению столба жидкости в скважине при самом низком положении ее уровня:

В газовой скважине за внутреннее давление принимают наименьшее устьевое и забойное давления в момент завершения эксплуатации, причем его распределение по колонне между забоем и устьем считают линейным.

В благоприятных геологических условиях (коэффициент аномальности пластового давления k a ≤1,1, отсутствие в разрезе высокопластичных пород) при расчете эксплуатационных колонн в зацементированной зоне должно учитываться разгружающее действие цементного кольца. Наружное избыточное давление в таком случае определяется по формуле

(10.13)

Значения коэффициента разгрузки k приведены ниже.

Источник

Внутреннее избыточное давление на колонну

Внутреннее избыточное давление определяется по разности между внутренним и наружным давлениями для одного и того же момента времени

За расчетное внутреннее давление принимается его максимальное значение, которое может возникнуть при вскрытии продуктивного пласта с АВПД, при опрессовке обсадной колонны или при проведении мероприятий по повышению нефтегазоотдачи пластов (гидроразрыв, кислотная обработка и пр.).

Внутреннее давление рассчитывают следующим образом:

р вz =1,1р в.у +ρ ж gz (10.19)

р вz =р оп +ρ ж gz (10.20)

Таблица 10.3 Рекомендуемые значения минимального давления опрессовки при испытании обсадных колонн на герметичность

Диаметр обсадной
колонны, мм

Давление
опрессовки, МПа

Диаметр обсадной
колонны, мм

Давление
опрессовки, МПа

Внутреннее давление особенно опасно в газовых скважинах. При закрытом превенторе повышение внутреннего давления может привести к разрыву обсадной колонны в ее приустьевой части.

Распределение давления по стволу газовой скважины при закрытом устье рассчитывается по формуле

р вz =р пл /е s (10.21)

(10.22)

При глубине Н≤1000 м и пластовом давлении в газовой залежи не свыше 10 МПа, а также при пластовом давлении не свыше 4 МПа и любой глубине скважины допускается принимать внутреннее давление по всей скважине равным пластовому.

Внутреннее избыточное давление определяется как разность внутреннего и наружного давлений

Допустимое значение внутреннего давления определяется по формуле

Коэффициент запаса прочности при расчете на избыточное внутреннее давление.

Источник

Осложнения и аварии с обсадными колоннами.

К авариям с обсадными колоннами и элементами их осна­стки относятся аварии со спускаемыми, спущенными и заце­ментированными обсадными колоннами или их частями, вы­званные: разъединением по резьбовым соединениям; обры­вом по сварному шву; смятием или разрывом по телу трубы; повреждением обсадной колонны при разбуривании цемент­ного стакана, стоп-кольца, обратного клапана и направляю­щей пробки. Аварии с обсадными колоннами составляют 7-8 % всех видов аварий в бурении. На ликвидацию их затрачивается более 10 % времени, затрачиваемого на ликвидацию аварий всех типов. Особенно тяжелы аварии этого вида в районах, где обсадные колонны спускают на большую глубину, и на разведочных площадях. В процессе разобщения пластов возникают аварии при спуске обсадных колонн, их цементировании, а также углуб­лении скважины с зацементированными обсадными колон­нами под последующую колонну. Прихваты обсадных колонн, главным образом кондукто­ров и промежуточных колонн, происходят в основном на площадях, где разрез представлен неустойчивыми породами, бурение в которых вызывает сужение стенок скважин или обвалы пород. Причинами прихвата обсадных колонн часто являются неудовлетворительная организация спуска колонн (несвоевременная промывка или отказ от предусмотренных планом промежуточных промывок, плохая проработка сква­жины перед спуском колонны, установка деревянных про­бок, длительные остановки при спуске и т.д.) и технология бурения ствола скважины под обсадную колонну (бурение без УБТ и центраторов, несоблюдение оптимальных парамет­ров режимов бурения в породах с чередующейся твердостью, использование кривых труб и бурового раствора плохого качества и т.д.). Обсадные трубы разрушаются по телу в связи с образова­нием внутренних давлений при восстановлении циркуляции после окончания спуска колонны, закачивании в затрубное пространство последней порции цементного раствора, испы­тании обсадной колонны на герметичность и т.д. Смятие обсадных колонн происходит как при спуске, так и в процессе бурения скважины. В зависимости от сложив­шихся обстоятельств трубы сминаются по-разному. Отдель­ные технологические упущения приводят к возникновению избыточных наружных давлений, которые вызывают смятие обсадных колонн. При действии на трубу избыточных давле­ний увеличивается и напряжение, которое достигает больших значений вначале в одной точке, а при дальнейшем росте давления зона повышенных напряжений начинает расши­ряться и труба сминается.

При спуске в скважину опасность смятия больше у тех обсадных колонн, которые имеют обратный клапан, так как не учитываются внешние добавочные усилия, возникающие из-за давления на некотором участке в колонне и за колон­ной, а также вследствие большой скорости погружения ко­лонны. При спуске колонны с обратным клапаном обычно стараются не допускать снижения уровня в колонне более чем на 200-250 м для труб диаметром 168 мм и более чем на 300-400 м для труб меньшего диаметра. В противном случае внешнее давление может достигнуть и даже превысить кри­тическое, и колонна может смяться. Аварии такого вида осо­бенно распространены при спуске колонн большого диамет­ра на большую глубину. На месторождениях, где бурят с применением утяжеленных буровых растворов, опасность смятия труб в результате несвоевременного долива еще более возрастает. При спуске обсадной колонны с обратным клапаном про­исходят значительные колебания сминающих и растягиваю­щих усилий. При совместном действии этих усилий сопро­тивление обсадных труб смятию снижается. Большую опасность для обратного клапана представляет повышение гидродинамического давления при спуске обсад­ной колонны. Давление зависит от многих факторов, из ко­торых основными являются статическое напряжение сдвига и вязкость бурового раствора, скорость спуска колонны, раз­мер кольцевого зазора, диаметр колонны и др. Давление до­стигает 10 МПа и более. В практике встречаются следующие случаи обрыва обсад­ных труб по месту их соединения, которые происходят вследствие неправильного свинчивания резьбы труб из-за пе­рекоса осей или неправильной установки трубы в муфте (перекос). При перекосе осей деформируются витки резьбы труб, резьбу «заедает» и трубы полностью не свинчиваются или свинчиваются под большим усилием, приводящим к сильному нагреву места их соединения. При спуске свинченных подоб­ным образом труб места их соединения в колонне разруша­ются. Неполное свинчивание резьбовых соединений обсадных труб наблюдается также из-за несоответствия размеров про­филя резьбы и погрешности конусности, что приводит к разрушению резьбы. Наибольшее число аварий происходит с обсадными колоннами диаметром 219 мм и более. Обрыв труб по резьбовому соединению может произойти и вследствие приложения чрезмерных нагрузок, превышаю­щих пределы прочности соединения. Причиной выхода резьбы из сопряжения с резьбой муфты может быть неравнопрочность их соединения. Односторон­няя нарезка резьбы на отдельных трубах ослабляет проч­ность одной части трубы и усиливает прочность другой ее части. На участке трубы с ослабленной прочностью концент­рируются напряжения, вызывающие деформацию тела трубы (на участке резьбы) с последующим выходом из сопряжения резьбы. Труба при равномерной нарезке резьбы имеет оди­наковую толщину стенки. Несмотря на это, прочность резь­бового соединения ниже прочности тела трубы в среднем на 30-35 %. Эксцентричная нарезка резьбового соединения об­садных колонн снижает прочность и без того ослабленного участка трубы, что и является в ряде случаев причиной ава­рий. Вследствие нарушения технологии спуска обсадной ко­лонны отдельные трубы или целые секции их могут упасть в скважину. Например, при быстром спуске обсадная колонна становится на уступ, элеватор идет вниз, защелка его подни­мается, в результате элеватор открывается и колонна падает

в скважину. Выполнение сварочных работ на буровой (приварка муфт обсадных труб для укрепления резьбового соединения, при­варка фонарей и т.д.) несоответствующими электродами и быстрое охлаждение труб при опускании их в буровой рас­твор, приваривание труб из легированных сталей марки 36Г2С38ХНМ без соблюдения соответствующего специально­го режима и специально подобранных электродов, спуск обсадных колонн без промежуточных промывок, предусмот­ренных планом спуска колонны, также приводят к авари­ям.

Дата добавления: 2015-02-23 ; просмотров: 5662 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Допустимое внутреннее давление в обсадной колонне

При освоении скважин, гидроразрывах, капитальном ремонте и других работах, связанных с созданием в обсадной колонне избыточного давления, необходимо определять допустимое внутреннее давление с учетом как осевых, так и радикальных нагрузок, действующих на колонну.

Ниже приведена методика проверочного расчета и определения допустимого внутреннего давления с учетом прочности труб и резьбовых соединений обсадной колонны, натяжение которой производилось усилием, равным весу свободной (незацементированной) части колонны или большим его, т.е. .

Данный расчет предусмотрен для колонн, жестко закрепленных на устье, в, случаях, когда внутреннее давление в колонне создается в один прием без пакера.

Допустимое внутреннее избыточное давление Р (МПа) на устье определяется из выражений:

( )

( )

где: ( )

( )

Условные обозначения в формулах этого раздела те же, что и в разделе 9.

Запасы прочности, как при расчете осевой нагрузки , так и при расчете внутреннего давления принимают согласно п.п. 2.20-2.27. Для колонн, бывших в эксплуатации, в зависимости от их состояния, запас прочности может быть увеличен по усмотрению производственного управления.

Внутреннее давление необходимо определять для верхней трубы каждой секции колонны. Меньшее из значений Р, полученных по формулам 1 и 2, принимают за допустимое.

Дата добавления: 2015-03-09 ; просмотров: 692 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Что понимают под избыточным давлением в обсадной колонне

«Причины влияющие на возникновение нарушений в эксплуатационной колонне»
Причины возникновения нарушений в эксплуатационной колонне можно классифицировать как причины:
• связанные с особенностями геологического строения и свойств разреза вскрытого скважиной;
• связанные с технологическими процессами, проводимыми на скважине начиная с этапа строительства.
В зависимости от условий эксплуатации на срок службы ЭК скважин в той или иной степени действует ряд негативных факторов, которые можно отнести к трем основным процессам:
1. Наружная коррозия (некачественное цементирование или недоподъем цемента за ЭК, агрессивные пластовые воды, интенсивность набора кривизны ствола скважины выше допустимой величины, коррозия блуждающим током от высоковольтных линий электропередач и установок катодной защиты и т.д.);
2. Внутренняя коррозия (агрессивность рабочего агента закачки, интенсивность набора кривизны ствола скважины выше допустимой величины, высокое рабочее давление перекачиваемой среды в нагнетательных скважинах и т.д.);
3. Механический износ ЭК (истирание обсадной колонны при спуско-подъемных операциях).
Поражение обсадных труб с образованием сквозного проржавления тела связано в основном с питтинговой коррозией.
Происходит этот процесс за относительно небольшой срок с сохранением прочности остальной части обсадной трубы. Хотя в ряде случаев на поверхности труб отмечается общее коррозионное поражение с отдельными язвами.
Эффективность коррозионной защиты обсадных колонн цементным кольцом составляет от 67 до 98%
Отсутствие цементного кольца за эксплуатационной колонной активизирует процессы коррозии труб, межпластовых перетоков жидкости и газа, приводит к нарушению герметичности резьбовых соединений колонны, смещению
эксплуатационных колонн
Положительное влияние цементного кольца на коррозионную защиту обсадных труб в интервалах пластов, насыщенных
высокоагрессивными пластовыми жидкостями и газами, заключается в формировании защитного диффузионного барьера, отсутствие перетока пластовых флюидов, создание высокощелочной среды, снижающей скорость коррозии труб и тампонажного камня
К группе причин наружной коррозии ЭК относятся:
1) Интенсивность набора кривизны ствола скважины выше допустимой величины;
2) Некачественное цементирование или недоподъем цемента за ЭК;
3) Коррозия блуждающим током от высоковольтных линий электропередач (ВЛ 35 кВт и более) и установок катодной защиты;
4) Почвенная коррозия;
5) Воздействие агрессивных пластовых вод;
Воздействие негативных факторов в зависимости от качества построенной скважины может быть увеличено или частично устранено.
Устранение этих факторов закладывается уже на стадии ее проектирования и строительства. Это достигается за счет:
1) непревышения критической величины пространственного набора кривизны скважины;
2) установкой колонных центрирующих устройств, соблюдения технологии цементирования скважины и т.д.
Пути воздействия на коррозионные процессы ЭК:
1) снижение вредного влияния источников постоянного и переменного тока;
2) катодная защита ЭК скважин от подземной коррозии.

Техника и технология цементирования 102 и 114 мм дополнительных колонн
Под дополнительной колонной подразумевается обсадная колонна меньшего диаметра, монтируемая в основной эксплуатационной колонне от устья скважины до заданной глубины цементированием или без него.
Согласно существующей технологии ремонт сильно изношенных 146 и 168 мм эксплуатационных колонн производится спуском 102 мм и 114 мм дополнительных колонн соответственно с
последующим цементированием. При этом возникает необходимость в отсечении ствола цементными, песчаными пробками, разбуривание цементных пробок, повторной перфорации продуктивных пластов и др.
Восстановление крепи скважины с использованием предлагаемой оснастки (управляемых разобщителей) осуществляется за один спуск инструмента, без последующего разбуривания цементных пробок в дополнительной колонне
При ремонте эксплуатационных колонн с использованием цементируемых дополнительных колонн ДКЦ-102 (ДКЦ-114), разработанных институтом “ТатНИПИнефть” (РД 153-391-02), вышеперечисленные работы полностью исключаются, сохраняются коллекторские свойства продуктивных пластов, повышается качество ремонтных работ, сокращаются сроки ремонтов. Кроме того предусмотрена возможность контроля всех проводимых операций, а упрощенный технологический процесс снижает вероятность аварийных ситуаций.

дополнительная колонна стопорное кольцо; подвижный цилиндр; клапан;
уплотнительная манжета
Показатели Величина
ДКЦ-102 ДКЦ-114
1 Условный диаметр эксплуатационной колонны, мм 146 168
2 Условный диметр колонны НКТ, мм 60 73
3 Управляемый герметизатор межколонного пространства
3.1 Способ посадки Г идравл Г идравл.
3.2 Максимально воспринимаемый перепад давления, МПа 25,0 25,0
3.3 Давление посадки, МПа, не более 12,0 12,0
3.4 Наружный диаметр (до посадки), мм, не более 140 120
3.5 Внутренний диаметр, мм, не более 88 98
3.6 Длина, мм, не более 980 980
3.7 Масса, кг, не более 25 28
3.8 Рабочая среда Минер, во да, нефть, кислота Минер, вода, нефть, кислота

Герметизация эксплуатационных колонн производится следующими способами
— тампонирование;
— доворот и замена дефектной части эксплуатационной колонны;
— герметизация эксплуатационной колонны с применением технических средств с цементированием.
Общая картина проведения герметизации
— тампонирование 70%
— применение технических средств без использования тампонирования (летучка извлекаемая, замена дефектной части эксплуатационной колонны, дополнитель¬ная колонна на упорном пакера, доворот эксплуатационной колонны) 20%
— догерметизация эксплуатационных колонн техническими средствами с предварительным тампонированием 10%

Тип
скважины Харашер нарушения Условия
экеплуата1даи Наличие цемента Б интервале нарушения Решэтеьщуемый способ ремонта
1 2 3 4 5
Л
К
I
3
к локальное, др Д„и ВыЕомэе давление нагнетания есть 11Л^С’Г1|1|1! Ь
отсутствует тампонирование
до бм,
(трещины) ■■ есть пластырь
отсутствует
Более ДР.^рр Ж.щ) ■■ БО веек случаях профильный ШЩЩШЯ.
болае 50. иц несколько нарушений Б разных участках колонны ■■ есть цементируемая дополнительная колонна
отсутствует
5
я
1
■в
Ч
сч ШШ^ЖЖШШ31.Резь6оЕЕ1к ^ соединений, нарушения с шалой приемистостью при Любых УСЛОВИЯХ есть тампонирование, пластырь
отсутствует тампонирование синтетическими смолами
шкальное, др Д.м ■■ есть тампонирование
отсутствует тампонирование + тфофнтаный
Я
1
1
■в повальное, др Д.м при малых депрессиям есть тампонирование
отсутствует тампонирование + пластырь
отсутствует тамгюнировакий ШЖЙШт извлекаемая летучка

Источник