Наружное избыточное давление на обсадую колонну

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

р_н.и=р_н-р_в,        (10.6)

при их наиболее неблагоприятном сочетании, т.е. в тех условиях, когда одновременно наружное давление достигает максимальной величины, а внутреннее - минимальной.

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

р_н=ρ_жgz,              (10.7)

(z - координата глубины по вертикали, м; g - ускорение силы тяжести, м/с2);

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

р_н=ρ_жgh+ρ_ц.рg(z-h)               (10.8)

(h - глубина до цемента за колонной; ρ_ц.р - плотность цементного раствора), но при этом значение наружного давления в любом случае не может быть ниже давления столба минерализованной воды с плотностью 1100 кг/м3;

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_жgh+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_под2          (10.10)

(р_кр и р_под - пластовое давление соответственно в кровле и подошве пласта), а в пластах толщиной свыше 200 м распределение давления между кровлей и подошвой принимают по линейному закону. Интервал действия пластового давления распространяют за пределы подошвы и кровли пласта на 50 м;

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

р_н=р_г.пgz             (10.11)

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:

p_вz=р_нz-ρ_жg(z-h_ж)           (10.12)

где h_ж - уровень жидкости в скважине.

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)

где h - глубина до уровня цемента в скважине за колонной; ρ_ж, ρ_б.р - плотность соответственно в колонне и бурового раствора за колонной; k - коэффициент разгрузки.

Значения коэффициента разгрузки k приведены ниже.

Диаметр обсадной колонны, мм	114,3-177,8	193,7-244,5	273,0-323,7	≥340
Значения коэффициента k	0,25	0,30	0,35	0,40

Коэффициент запаса прочности при расчете на наружное избыточное давление:

• для интервала продуктивного пласта k₃=l÷l,3;
• для остальной части k₃=1

При выборе труб критическое давление смятия должно быть скорректировано для всех секций, начиная со второй снизу, по формуле

(10.14)

где Р - растягивающая нагрузка от веса расположенных ниже труб (без учета архимедовых сил); Р_т - осевая нагрузка растяжения, при которой напряжения в теле трубы достигают предела текучести.