Таблица 1.1. Профиль ствола скважины.
Интервал по вертикали, м | Длина интер-валапо верти-кали,м | Зенитный угол, град. | ГоризонтальноеОтклонение,м | Длина по стволу, м | ||||
от | до | В начале инт-ла | В конце инт-ла | За интервал | общее | Интервала | Общая | |
0 | 145 | 145 | 0 | 0 | 0 | 0 | 145 | 145 |
145 | 272 | 127 | 0 | 19,5 | 21,39 | 21 | 130 | 275 |
272 | 750 | 478 | 19,5 | 19,5 | 169,24 | 191 | 506 | 781 |
750 | 1710 | 960 | 19,5 | 19,5 | 339,82 | 530 | 1019 | 1800 |
1710 | 2589 | 879 | 19,5 | 9,33 | 219,56 | 750 | 908 | 2708 |
2589 | 2700 | 111 | 9,33 | 8,39 | 17,13 | 767 | 111 | 2819 |
Профиль скважины состоит из четырех участков (рисунок 1.):
1. Вертикальный участок
2. Интервал набора кривизны
3. Интервал стабилизации зенитного угла
4. Интервал спада зенитного угла
Рисунок 1. Профиль ствола скважины.
Конструкция скважины определяется заданием заказчика (добывающей организации) и геологическими условиями района работ. Обоснование конструкции проводится в два этапа. На первом этапе выбирается метод вхождения в пласт, число обсадных колонн и глубины их спуска. На втором – размеры колонн, диаметры долот, интервалы цементирования.
Расчитаем индексы давления по следующей формуле из [ 1 ]:
.Результаты расчёта сведём в таблицу 1.2.
Таблица 1.2.
Интервал | Литология | Рпл ,МПа | Рпогл ,МПа | КА | Кпогл |
0-450 | Q-P3/2 | 4,5 | 9 | 1,02 | 2,04 |
450-1130 | Р3/2-К2 | 11,3 | 22,6 | 1,02 | 2,04 |
1130-1740 | К2-К1 | 17,4 | 29,6 | 1,02 | 1,74 |
1740-2700 | К1 | 26,7 | 45,9 | 1,01 | 1,73 |
Рисунок 2. График индексов давлений пластового и гидроразрыва пласта.
Выбор диаметров обсадных колонн и диаметров долот
Проектом разработка предусмотрено использовать эксплуатационную колонну диаметром 146,1 мм.
Диаметр долота для бурения ствола под заданную колонну определяют по формуле:
Dд=Dм+2·δ,
где Dм – диаметр муфты обсадной колонны, мм.
δ=5…40 мм – минимальный зазор.
Диаметры кондуктора и направления можно рассчитать по формуле:
Dк=Dд+2·Δ,
где Δ=3…5 мм – зазор.
Диаметр долота под эксплуатационную колонну:
Dдэ=166 + 2·20=206 мм. По ГОСТ 20-692-75 выбираем Dдэ=215.9 мм.
Диаметр кондуктора :
Dк=215,9+2∙5=225,9 мм, Выбираем Dк=244,5 мм.
Диаметр долота под кондуктор :
Dдк=270+2∙10=290 мм. Выбираем Dдк=295,3 мм.
Диаметр направления :
Dн=295,3 +2∙5=305,3 мм. Выбираем Dн=323,9 мм.
Диаметр долота под направление :
Dдн=351+2∙10=371 мм. Выбираем Dдн=393,7 мм.
Колонна направления нужна для перекрытия водных горизонтов во избежании перемешивания их вод, попадания раствора и твердой фазы в них, которые приводят к экологическим проблемам, а также для исключения обвалов стенок скважины.
2. Расчёт обсадной колонны
Основными расчётами обсадных колонн, являются расчёты на наружное и внутреннее избыточное давление и расчёт на растяжение.
Расчёт на внутреннее давление действующее на колонну.
Определим давление на устье при условии, что скважина заполнена пластовой жидкостью:
.Определим давление опрессовки на забое:
.Где
- опрессовочное давление на устье скважины.Определим давление в конце эксплуатации:
.Построим график внутренних давлений.
Рисунок 3. График внутренних давлений.
Расчёт на наружное давление действующее на обсадную колонну.
В не зацементированном интервале заполненным промывочной жидкостью, наружное давление определяется, как гидростатическое от столба промывочной жидкости.
.
В зацементированном интервале до затвердевания цемента, давление определяется по давлению столба промывочной жидкости и цементного раствора.
.В случае когда обсадная колонна зацементирована разной плотности, то допускается использовать среднюю плотность раствора с учётом длины каждого интервала.
.Отсюда получим наружное давление до затвердевания цемента:
.Определим наружное давление после затвердения цемента:
,где
- гидростатическое давление столба промывочной жидкости; - гидростатическое давление жидкости содержащейся в порах затвердевшего цемента.Построим график наружных давлений.
Рисунок 4. График наружных давлений.
Определим внутренние избыточные давления действующие на обсадную колонну
В общем случае внутренние давления определяются как разность внутренних и наружных давлений на один и тот же момент времени, когда внутреннее давление в колонне достигает максимальных значений. Как правило это бывает при опрессовке обсадной колонны. Избыточное давление определяется для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.
По графику 3 и 4 определим характерные точки:
При определении внутреннего избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца – К. Это обусловлено допущениями которые приняты при составлении методики расчёта. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.
Определим наружные избыточные давления
Наружные избыточные давления определяются как разность наружных и внутренних давлений на момент когда они достигают максимальных значений. Как правило это относится к моменту эксплуатации скважины. Избыточное давление определяются для характерных точек, а распределение давления между ними принимается линейно.
При определении наружного избыточного давления в продуктивной зоне пласта вне осложнённых условий, вводится коэффициент разгрузки цементного кольца – К. Для обсадных колонн диаметром 146 мм, К=0,25.
Построим график внутренних и наружных избыточных давлений.
Рисунок 5. График наружных и внутренних избыточных давлений.
Рассчитаем обсадную колонну
Расчёт начинаем снизу вверх подбирая колонну исходя из расчёта на наружное давление и проверяем полученные данные расчётами на внутреннее давление и растяжение.
Выбираем трубы из [2], для 1 секции d=146мм,
=7,7мм, [ ]=24,3 МПа, [ ]=35МПа, [ ]=1254кН, q=0,265кН, группы прочности Д, гдеd- диаметр обсадной колонны;
- толщина стенки обсадной трубы;[
] – допустимое сминающее давление;[
] – допустимое внутреннее давление при котором возникает предел текучести материала трубы;[
] – допустимая страгивающая нагрузка определённая по формуле Яковлеваq – вес одного погонного метра трубы.
Рассчитаем на смятие нижнюю трубу первой секции
Основой расчёта является следующее уравнение:
,