Проектирование строительства эксплуатационной скважины №11 на Северо-Прибрежной площадке Краснодарского края (стр. 6 из 13)
Определим вес обсадной колонны диаметром 324мм по формуле:
Робс = Lобс*qобс, где (2.3.6.)
Робс. - длина обсадной колонны, м; qобс. - вес 1 м обсадных труб, кг.
Робс. = 1020*74.7 = 76194 кг = 76,2 т. Робс в р-ре = Робс*(1-1,18/7,85) = 64.8т
Определим вес обсадной колонны диаметром 245мм:
Робс. = 2450*70.8 = 173460 кг = 173,5 т. Робс в р-ре = Робс*(1-1,7/7,85) =135.3т
Определим вес обсадной колонны диаметром 140 мм:
Робс. = 3025*30.7 = 92867 кг = 92,9 т. Робс в р-ре = Робс*(1-2,13/7,85) = 67.8т
Сравнив вес обсадных колонн и вес бурового снаряда при бурении под каждую из колонн можно сделать вывод что самой тяжелой является обсадная колонна диаметром 245мм.
Эксплуатационные и промежуточные колонны обсадных труб работают в наиболее тяжелых условиях. Например, в процессе спуска колонн обсадных труб по мере их наращивания увеличивается нагрузка, обусловленная силами собственного веса. После того как колонна доведена до забоя и установлена на забой, трубы частично разгружаются от растягивающих усилий. Силы внешнего давления, действующие на трубы в процессе спуска колонны и определяемые разностью давления столбов жидкости за трубами и внутри их, по своей величине незначительны.
Промежуточная колонна труб работает в несколько иных условиях, нежели эксплуатационная. Промежуточная колонна в основном работает на растяжение от собственного веса, а также от сил, создаваемых внутренним давлением. Наибольшего значения внутреннее давление достигает в момент окончания продавки цемента за колонну, а также при увеличении удельного веса глинистого раствора внутри обсадных труб по отношению к удельному весу раствора, оставшегося в затрубном пространстве.
В эксплуатационной колонне величины осевых усилий и внешнего давления неодинаковы по длине колонны. Осевые усилия достигают наибольшего значения у самой верхней трубы в момент спуска. Наибольшие внешние силы, приводящие к смятию, проявляются у самых нижних труб колонны при снижении уровня жидкости в колонне в процессе эксплуатации скважины. Кроме того, на нижние трубы в фильтровой зоне скважины могут действовать и пластовые давления, которые достигают значительных величин в процессе эксплуатации скважины.
Кроме основных усилий смятия и растяжения, действующих на колонну, в обсадных трубах возникают также дополнительные напряжения. Они возникают тогда, когда приходится расхаживать колонну при ее прихватах, резком торможении во время спуска, изгибе колонны и т.д. Эти напряжения, возникающие в результате указанных явлений, в некоторой степени компенсируются запасом прочности обсадных труб.
При подборе отдельных секций обсадных колонн нужно принимать следующие запасы прочности:
1.в расчетах технических колонн на страгивающую нагрузку – 1,3;
2.при расчете эксплуатационных колонн на страгивающую нагрузку – 1,15-1,20;
3.при расчете эксплуатационных колонн на смятие:
а).запас прочности для интервала высоты подъема цементного раствора – 1,3;
б).запас прочности выше интервала подъема цементного раствора – 1,15.
Запас прочности на страгивающую нагрузку устья скважины составляет[4]:
где, pстр – страгивающая нагрузка, кН;
Qmax – вес колонны обсадных труб, кН.
Затрубное сминающее давление, создаваемое столбом глинистого раствора на нижнюю трубу[4]:
где, Н – глубина, на которую опускается обсадная труба, м;
γ – удельный вес бурового раствора, кг/м³
Кондуктор Ø 324мм рфакт1 = 1020·1150/10 = 11,73МПа
Пром. колонна Ø 245мм рфакт2 = 2450·1460/10 = 35,77МПа
Экс. колонна Ø 140мм рфакт3 = 3025·2130/10 = 64,43МПа
При запасе прочности на сжатие равным m, нужно устанавливать трубы, которые могут выдержать внешнее сминающее давление, равное[4]:
pсм = pфакт m (2.3.9)
Кондуктор Ø 324мм рсм1 = 11,73·1,3 = 15,2МПа
Пром. колонна Ø 245мм рсм2 = 35,77·1,3 = 46,5МПа
Экс. колонна Ø 140мм рсм3 = 64,43·1,15 = 74,1МПа
Результаты вычислений занесем в таблицу 2.6.
Таблица 2.6 Данные диаметров колонн и типы резьб различных марок стали
| диаметрколоннымм | тип резь-бовогосоедин. | маркастали | толщинастенки,мм | Вес, кН | длинаколонны | Давление, МПа | ||
| 1 пог. мтрубы | общий | pфакт | pсм | |||||
| 324245140 | ОТТМОТТГVAМ | ДМN-80 | 9,512,010,54 | 0,7470,7080,307 | 7621735929 | 102024503025 | 11,7335,7764,43 | 15,246,574,1 |
Фирмой "Валурек" (Франция) разработана высокогерметичное соединение VАМ. Соединение обеспечивает газогерметичность при больших растягивающих и изгибающих усилиях.
2.3.2 Буровое оборудование
2.3.2.1 Выбор бурового станка
Буровые установки – это комплексные системы, включающие все основные и вспомогательные агрегаты и механизмы, которые необходимы для строительства скважин.
Буровую установку выбирают по ее допустимой максимальной грузоподъемности, обуславливающей с некоторым запасом веса в воздухе наиболее тяжелых бурильной и обсадной колонн.
Для принятой по грузоподъемности и условной глубине бурения буровой установки в зависимости от региональных условий, связанных со степенью обустройства (дороги, линии электропередач, водоснабжение и др.) и климатической зоной, выбирают тип привода, схему монтажа и транспортирования, а также учитывают необходимость комплектования отопительными установками, дополнительными агрегатами и оборудованием.
Буровые установки делятся на две категории:
· для бурения глубоких эксплуатационных и разведочных скважин;
· для бурения неглубоких структурных и поисковых скважин.
Каждая категория буровой установки имеет несколько классов, которые обеспечивают наибольшую эффективность бурения скважин определенной глубины и конструкции. Каждой буровой установкой, при определенной мощности ее двигателей, максимально допустимой нагрузке на крюке можно пробурить скважины различной глубины и конструкции. Для сравнительной оценки мощности и класса буровой установки,для глубокого бурения принимают допустимую нагрузку на крюке и номинальную глубину скважины конечного диаметра 190,5мм, которые могут быть достигнуты при использовании бурильной колонны с бурильными трубами диаметром 127мм и массой 1м труб 31,9кг. При работе с бурильными трубами других диаметров и массы глубина бурения этой же буровой установкой может значительно отличаться от ее условной глубины.
Буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения стандартизованы. ГОСТ 16293—82 (СТ СЭВ 2446—80) предусматривает 11 классов буровых установок для бурения скважин глубиной 1250—12500 м и более.
Вид буровой установки для одного и того же класса определяется рядом факторов:
·условиями бурения (равнина, горы, леса, болота, море, температура окружающего воздуха и ее колебания, сила ветра и др.);
·целью бурения (разведочное или эксплуатационное);
·типом скважины (вертикальная или наклонная);
·способом бурения (роторным или забойным двигателями);
·технологией бурения (гидравлическая мощность на забое, типы и свойства бурового раствора, метод спуска и подъема колонн);
·геологическими условиями бурения (характер буримых пород, возможные осложнения, аномальное пластовое давление, температура на глубине, степень агрессивности подземных вод).
Таблица 2.7 Вес обсадных колонн различного назначения
| Наименование колонны | Вес колонны в воздухе, в кН | ||
| кондуктор | промеж. колонна | экспл. колонна | |
| Ø 324 мм | Ø 245 мм | Ø 140 мм | |
| Обсадная колонна Бурильная колонна (при бурении под данную обсадную) | 762,0 534 | 1735,0 974 | 929,0 1163 |
В соответствии с п.2.5.6.ПБ НГП (РД-08-624-03) максимальный вес буровой колонны не должен превышать 0,6 и обсадной колонны - 0,9 от грузоподъемности буровой установки.
Максимальный вес обсадной колонны, кН: Gокмакс = 1735.0
Максимальный вес бурильной колонны, кН: Gбк макс = 1163.0
С учетом расчетных значений веса колонн, максимальная нагрузка на крюке должна быть:
– для обсадной колонны, кН Qмин = Gокмакс/0,9 = 1927,8
– для буровой колонны, кН Qмин = Gбкмакс/0,6 = 1938.3
Таким образом, грузоподъемность буровой установки должна быть не менее 1938.3 кН.
В соответствии с ожидаемой максимальной нагрузкой на крюке, экономически выгодным для данного района видом привода и наличием парка буровых установок в филиале "Кубаньбургаз", для строительства скважины принимается буровая установка "БУ3200/200ЭУК-2М" с допускаемой нагрузкой на крюке 2000 кН при оснастке 5x6, с техническими характеристиками:
Таблица 2.8 Характеристика буровой установки "БУ3200/200ЭУК-2М"
| Допустимая нагрузка на крюке, кН | 2000 |
| Условная глубина бурения, м | 3200 |
| Скорость подъема крюка при расхаживании колонны, м/с | 0,2±0,05 |
| Скорость подъема элеватора (без нагрузки), м/с, не менее | 1,5 |
| Расч. мощность на входном валу подъемного агрегата, кВт | 670 |
| Диаметр отверстия в столе ротора, мм | 700 |
| Расчетная мощность привода ротора, кВт | 370 |
| Мощность бурового насоса, кВт | 950 |
| Вид привода | Э |
| Высота основания (отметка пола буровой), м | 7,2 |
| Просвет для установки стволовой части превенторов, м | 5,7 |
2.3.2.2 Выбор насосной установки