Расчет обсадных колонн - разведочная скважина Южно-Киринская №8

Расчет обсадных колонн выполнен в соответствии с требованиями "Инструкции по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин”, Москва, 1997.

Исходные данные для расчета обсадных колонн
№ п/п	Параметры	Кондуктор	1-я промежуточная	2-я промежуточная	Эксплуатационная
	Диаметр обсадной колонны, мм	508,0	339,7	244,5	177,8
	Расстояние по вертикали от стола ротора до:
	- башмака колонны L (интервал спуска), м	750-251	1510-251	2780-251	2950-251
	- уровня цементного раствора h (интервал цементирования), м
	- нефтегазоводопроявляющего пласта l, м	-	-
	Плотность бурового раствора r б.р., кг/м3
	Плотность продавочной жидкости r пр., кг/м3
	Плотность опрессовочной жидкости r опр., кг/м3
	Плотность цементного раствора r ц.р., кг/м3	1300 (700-251)	1450 (1410-350)	1450 (2630-1000)	1920 (2950-2280)
	(на интервале, м)	1800 (750-700)	1850 (1510-1410)	1890 (2780-2635)
	Плотность жидкости в колонне в процессе проявления (min) r в., кг/м3	-	-	-	-
	Отностительная плотность газа по воздуху, g'	-	-	0,89	0,89
	Пластовое давление у башмака колонны Рпл.L, МПа	7,26	14,86	27,56	30,61
	Давление гидроразрыва у башмака колонны Рг.р., МПа	9,71	22,67	43,24	46,54
	Пластовое давление на глубине нефтегазоводопроявления Рпл.l, МПа	-	-	30,61	30,61
	Коэффициент запаса прочности на:
	- избыточное наружное давление;	1,125	1,125	1,125	1,125
	- избыточное внутреннее давление;	1,10	1,10	1,10	1,10
	- разрушающую нагрузку	1,75 (1,25*)	1,75 (1,25*)	1,75 (1,25*)	1,75 (1,25*)
Примечание. * - коэффициент запаса прочности по телу трубы.
Значения пластовых давлений и давлений гидроразрыва у башмаков обсадных колонн, а также пластовых давлений в нефтегазоводопроявляющем интервале, расчитаны согласно данным таблицы 4.8 от стола ротора.

 

КОНДУКТОР Ø 508,0 мм

 

1 Внутренние давления:

Согласно таблице 2.1 “Инструкции по расчету обсадных колонн” минимальное давление опрессовки при испытании кондуктора на герметичность принимаем: Р_оп = Р_ву = 6,50 МПа.

 

2 Избыточные внутренние давления:

При испытании кондуктора на герметичность на цементировочном агрегате нужно создать давление равное 6,50 МПа.

при Z = 251 Р_ВИ²⁵¹ = Р_ву + ghρ_{бур. р-ра} – Рн²⁵¹

P_ви²⁵¹ = 6,50 + ((9,81 ´ 251 ´ 1030 ´ 10^-6 ) – (9,81 ´ 225 ´ 1030 ´ 10^-6 ))= 6,76 МПа

при Z = 750 Р_ВИ⁷⁵⁰ = Р_ву + ghρ_{бур.р-ра} – Рпл⁷⁵⁰

Р_ви⁷⁵⁰ = 6,50 + (9,81 ´ 750 ´ 1030 ´ 10^-6)– 7,27 = 6,80 МПа

 

3 Избыточные наружные давления:

а) по моменту окончания продавки тампонажного раствора за колонну:

при Z = 251 м Р_ни = 0

при Z = 750 м Р_ни⁷⁵⁰ = (ghρ_цемент+ghρ_{бур. р-ра}) – ghρ_{бур. р-ра}

Р_ни⁷⁵⁰= (9,81 ´ 1800 ´ 10^-6 ´ 50 + 9,81 ´ 1300 ´ 10^-6 ´ 449 + 9,81 ´ 1030 ´ 10^-6 ´ 225) -
- (9,81 ´ 1030 ´10^-6 ´750) = 1,64 МПа

 

б) при возможном поглощении с учетом частичного опоражнения:

при Z = 251 Р_ни²⁵¹ = Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни²⁵¹ = 9,81 ´ 1030 ´ 10^-6 ´ 225– 0,6 ´ (9,81 ´ 251 ´ 1030 ´ 10^-6) = 0,75 МПа

при Z = 750 Р_ни⁷⁵⁰= Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни⁷⁵⁰= (9,81 ´ 1121 ´ 10^-6 ´525+9,81 ´ 225 ´ 1030 ´ 10^-6) – 0,6 ´ (9,81 ´ 750 ´ 1030 ´ 10^-6) =
= 3,50 МПа

 

ПЕРВАЯ ПРОМЕЖУТОЧНАЯ КОЛОННА Ø 339,7 мм

 

1 Внутренние давления:

 

Согласно таблице 2.1 “Инструкции по расчету обсадных колонн” минимальное давление опрессовки на устье при испытании первой промежуточной колонны на герметичность принимаем:
Р_оп = Р_ву = 7,50 МПа.

 

2 Избыточные внутренние давления:

 

При испытании первой промежуточной колонны на герметичность на цементировочном агрегате нужно создать давление равное 7,50 МПа.

при Z = 251 Р_ВИ²⁵¹ = Р_ву + ghρ_{бур. р-ра} – Рн²⁵¹

P_ви²⁵¹ = 7,50 + (9,81 ´ 251 ´ 1250 ´10^-6) – (9,81 ´ 225 ´ 1030 ´ 10^-6) = 8,30 МПа

при Z = 1510 Р_ВИ¹⁵¹⁰ = Р_ву + ghρ_{бур.р-ра} – Рпл¹⁵¹⁰

Р_ви¹⁵¹⁰ = 7,50 + (9,81´1510´1250´10^-6- 1510´0,0099) = 11,07 МПа

 

3 Избыточные наружное давления:

 

а) по моменту окончания продавки тампонажного раствора за колонну:

при Z = 251 м Р_ни = 0

при Z = 1510 м Р_ни¹⁵¹⁰ = (ghρ_цемент+ghρ_{бур. р-ра}) – ghρ_{бур. р-ра}

Р_ни¹⁵¹⁰= (9,81 ´ 1850 ´ 10^-6 ´ 100 + 9,81 ´ 1450 ´ 10^-6 ´ 1060 + 9,81 ´ 1250 ´ 10^-6 ´ 350) -
- (9,81 ´ 1250 ´10^-6 ´1510) = 2,67 МПа

 

б) при возможном поглощении с учетом частичного опоражнения:

при Z = 251 Р_ни²⁵¹ = Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни²⁵¹ = 9,81 ´ 1250 ´ 10^-6 ´ 251– 0,6 ´ (9,81 ´ 251 ´ 1250 ´ 10^-6) = 1,23 МПа

при Z = 750 Р_ни⁷⁵⁰= Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни¹⁵¹⁰= (9,81 ´ 1121 ´ 10^-6 ´1160+9,81 ´ 251 ´ 1250 ´ 10^-6) – 0,6 ´ (9,81 ´ 1510 ´ 1250 ´ 10^-6) =
= 5,94 МПа

 

4 Опрессовка цементного кольца под башмаком

 

Исходя из условия цементирования:

Р_в¹⁵¹⁰ = ghρ_{цемента} + ghρ_{бур. р-ра} ,

где ρ_{цемента}, ρ_{бур. р-ра} для след. колонны (до глубины 1000 м не цементируем)

Р_в¹⁵¹⁰ = 9,81 ´ 510 ´ 1450 ´ 10^-6 + 9,81 ´ 1280 ´ 1000 ´ 10^-6 = 19,81 МПа

Р_в^оп.ц.к. = Р_в ´ 1,05 = 20,80 МПа

Р_{оп цем.кольца} = Р_в^оп.ц.к. – ghρ_{жид. опрес. цем.кольца}

 

Р_{оп цем.кольца} = 20,80 – 9,81 ´ 1510 ´ 1280 ´ 10^-6 = 1,84 МПа

 

 

ВТОРАЯ ПРОМЕЖУТОЧНАЯ КОЛОННА Ø 244,5 мм

 

1 Внутренние давления

а) Во время ликвидации открытого фонтанирования газоконденсатной смесью при закрытом устье:

 

МПа

Даление опресовки должно превышать внутренне давление не мене чем на 10% возможного давления, возникающего при ликвидации газонефтеводопроявлений и открытых фонтанов с учетом превышения дополнительного давления ΔР = 10%, необходимого для глушения скважины, (п.245, 121 ФНиП «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности»):

Р_оп = 1,10 ´ ΔР ´ Р_вн= 1,10 ´1,10 ´ 24,1 = 29,16 МПа

Давление на устье при испытаниях на буровом растворе:

Р_ву = Р_оп – ghρ_{бур.р-ра} = 29,16 - 9,81 ´ 251 ´ 1280 ´ 10^-6 = 26,01 МПа

 

2 Избыточные внутренние давления

 

а) При испытании колонны на герметичность на буровом растворе:

 

при Z = 251 Р_ВИ²⁵¹ = Р_ву + ghρ_{бур.р-ра} – Рн²⁵¹ МПа

P_ви²⁵¹ = 26,01 + (9,81 ´ 251 ´ 1280 ´ 10^-6 – 9,81 ´ 225 ´ 1030 ´ 10^-6) = 26,89 МПа

при Z = 2780 Р_ВИ²⁷⁸⁰ = Р_ву + ghρ_{бур.р-ра} – Рн²⁷⁸⁰

Р_ви²⁷⁸⁰ = 26,01 + (9,81 ´ 2780 ´ 1280 ´ 10^-6 – 2780 ´ 0,0099) = 33,36 МПа

Возможно испытание на герметичность обсадной колонны в момент посадки продавочной пробки на обратный клапан

при Z = 2780 Р_ВИ²⁷⁸⁰ = Р_ву + ghρ_{бур.р-ра} – (ghρ_цемент+ghρ_{бур. р-ра})

Р_ви²⁷⁸⁰ = 26,01 + (9,81 ´ 2780 ´ 1280 ´ 10^-6 – (9,81 ´ 1890 ´ 10^-6 ´ 150 + 9,81 ´ 1450 ´ 10^-6 ´ 1630 +
+ 9,81 ´ 1280 ´ 10^-6 ´ 1000)) = 22,36 МПа

 

3 Избыточные наружные давления:

а) по моменту окончания продавки тампонажного раствора за колонну:

при Z = 251 м Р_ни = 0

при Z = 2780 м Р_ни²⁷⁸⁰ = (ghρ_цемент+ghρ_{бур. р-ра}) – ghρ_{бур. р-ра}

Р_ни²⁸⁹⁹= (9,81 ´ 1890 ´ 10^-6 ´ 150 + 9,81 ´ 1450 ´ 10^-6 ´ 1630 + 9,81 ´ 1280 ´ 10^-6 ´ 1000) -
- (9,81 ´ 1280 ´10^-6 ´2870) = 3,62 МПа

 

б) избыточное наружное давление при открытом фонтанировании газожидкостной смесью:

 

при Z = 251 Р_ни²⁵¹ = P_н²⁵¹ – (0,6 ´ Рплl /l) ´ Z

Р_ни²⁵¹ = (9,81 ´ 1280´ 10^-6 ´ 251) – (0,6 ´ 30,68/2950) ´251 = 1,59 МПа

при Z = 2780 Р_ни²⁷⁸⁰ = P_н²⁷⁸⁰ – (0,6 ´ Рплl /l) ´ Z

P_н = P_пл²⁷⁸⁰ = 0,0099 ´ 2780 = 27,52 МПа

Согласно п. 2.8 ИРОК наружное давление не может быть меньше гидростатического столба воды с удельным весом 1,1 ´ 10⁴ Н/м³, которое на глубине 2780 составляет 32,13 МПа. Исходя из этого, наружное давление определяем по давлению составного столба бурового раствора и гидростатического давления столба воды с удельным весом 1,1*10⁴ Н/м³ (п. 2.6 ИРОК).

Р_ни²⁷⁸⁰ = (9,81 ´ 1121 ´ 10^-6 ´ 1780+9,81 ´1000 ´ 1280 ´ 10^-6) – (0,6 ´ 30,68/2950) ´ 2780 =
= 14,78 МПа

 

в) при возможном поглощении с учетом частичного опоражнения:

при Z = 251 Р_ни²⁵¹ = Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни²⁵¹ = 9,81 ´ 1280 ´ 10^-6 ´ 251– 0,6 ´ (9,81 ´ 251 ´ 1280 ´ 10^-6) = 1,26 МПа

при Z = 2780 Р_ни²⁷⁸⁰= Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни²⁷⁸⁰= (9,81 ´ 1121 ´ 10^-6 ´ 1780+9,81 ´ 1000 ´ 1280 ´ 10^-6) – 0,6 ´ (9,81 ´ 2780 ´ 1280 ´ 10^-6)=
= 11,19 МПа

 

4 Опрессовка цементного кольца под башмаком

Во время ликвидации открытого фонтанирования газоконденсатной смесью при закрытом устье:

 

МПа

Р_{оп цем.кольца} = Р_в²⁷⁸⁰ ´ 1,05 – ghρ_{жид. опрес. цем.кольца}

Р_{оп цем.кольца} = 31,73 – 9,81 ´ 2780 ´1130 ´ 10^-6 = 0,91 МПа

 

 

ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ КОЛОННА Ø 177,8 мм

 

1 Внутренние давления

а) Во время ликвидации открытого фонтанирования газоконденсатной смесью при закрытом устье:

 

МПа

Даление опресовки должно превышать внутренне давление не мене чем на 10% возможного давления, возникающего при ликвидации газонефтеводопроявлений и открытых фонтанов с учетом превышения дополнительного давления ΔР = 10%, необходимого для глушения скважины, (п.245, 121 ФНиП «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности»):

Р_оп = 1,10 ´ ΔР ´ Р_вн= 1,10 ´1,10 ´ 24,1 = 29,16 МПа

Давление на устье при испытаниях на буровом растворе:

Р_ву = Р_оп – ghρ_{бур.р-ра} = 29,16 - 9,81 ´ 251 ´ 1150 ´ 10^-6 = 26,33 МПа

Давление на устье при испытаниях на забортной воде:

Р_ву = Р_оп – ghρ_{бур.р-ра} = 29,16 - 9,81 ´ 251 ´ 1030 ´ 10^-6 = 26,63 МПа

 

Р_ву = Р_оп = 38,50 МПа – давление на цементировочном агрегате для открытия циркуляционного клапана испытателя пластов с учетом 10% запаса.

 

2 Избыточные внутренние давления

 

а) При испытании колонны на герметичность на буровом растворе:

 

при Z = 251 Р_ВИ²⁵¹ = Р_ву + ghρ_{бур.р-ра} – Рн²⁵¹ МПа

P_ви²⁵¹ = 38,5 + (9,81 ´ 251 ´ 1150 ´ 10^-6 – 9,81 ´ 225 ´ 1030 ´ 10^-6) = 39,06 МПа

при Z = 2950 Р_ВИ²⁹⁵⁰ = Р_ву + ghρ_{бур.р-ра} – Рн²⁹⁵⁰

Р_ви²⁹⁵⁰ = 38,5 + (9,81 ´ 2950 ´ 1150 ´ 10^-6 – 2950 ´ 0,0104) = 41,10 МПа

 

б) При испытании колонны на герметичность на заборнтной воде:

 

при Z = 251 Р_ВИ²⁵¹ = Р_ву + ghρ_вода – Рн²⁵¹ МПа

P_ви²⁵¹ = 38,5 + (9,81 ´ 251 ´ 1030 ´ 10^-6 – 9,81 ´ 225 ´ 1030 ´ 10^-6) = 38,76 МПа

при Z = 2950 Р_ВИ²⁹⁵⁰ = Р_ву + ghρ_вода – Рн²⁹⁵⁰

Р_ви²⁹⁵⁰ = 38,5 + (9,81 ´ 2950 ´ 1030 ´ 10^-6 – 2950 ´ 0,0104) = 37,63 МПа

 

3 Избыточные наружные давления:

а) по моменту окончания продавки тампонажного раствора за колонну:

при Z = 251 м Р_ни = 0

при Z = 2950 м Р_ни²⁹⁵⁰ = (ghρ_цемент+ghρ_{бур. р-ра}) – ghρ_{бур. р-ра}

Р_ни²⁹⁵⁰= (9,81 ´ 1920 ´ 10^-6 ´ 670 + 9,81 ´ 1150 ´ 10^-6 ´ 2280) - (9,81 ´ 1150 ´10^-6 ´2950) = 5,06 МПа

 

 

б) избыточное наружное давление при открытом фонтанировании газожидкостной смесью:

 

при Z = 251 Р_ни²⁵¹ = P_н²⁵¹ – (0,6 ´ Рплl /l) ´ Z

Р_ни²⁵¹ = (9,81 ´ 1150´ 10^-6 ´ 251) – (0,6 ´ 30,68/2950) ´251 = 1,27 МПа

при Z = 2950 Р_ни²⁹⁵⁰ = P_н²⁹⁵⁰ – (0,6 ´ Рплl /l) ´ Z

P_н = P_пл²⁹⁵⁰ = 0,0104 ´ 2950 = 30,68 МПа

Согласно п. 2.8 ИРОК наружное давление не может быть меньше гидростатического столба воды с удельным весом 1,1 ´ 10⁴ Н/м³, которое на глубине 2950 составляет 33,09 МПа. Исходя из этого, наружное давление определяем по давлению составного столба бурового раствора и гидростатического давления столба воды с удельным весом 1,1*10⁴ Н/м³ (п. 2.6 ИРОК).

Р_ни²⁷⁸⁰ = (9,81 ´ 1121 ´ 10^-6 ´ 670+9,81 ´2280 ´ 1150 ´ 10^-6) – (0,6 ´ 30,68/2950) ´ 2950 =
= 14,68 МПа

 

в) при возможном поглощении с учетом частичного опоражнения:

при Z = 251 Р_ни²⁵¹ = Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни²⁵¹ = 9,81 ´ 1150 ´ 10^-6 ´ 251– 0,6 ´ (9,81 ´ 251 ´ 1150 ´ 10^-6) = 1,13МПа

при Z = 2950 Р_ни²⁹⁵⁰= Р_н – 0,6 Р_в

Р_ни²⁹⁵⁰= (9,81 ´ 1121 ´ 10^-6 ´ 670 + 9,81 ´ 2280 ´ 150 ´ 10^-6) – 0,6 ´ (9,81 ´ 2950 ´ 1150 ´ 10^-6)=
= 13,12 МПа