Расчет эксплуатационной колонны на сопротивляемость разрыву

Целостность колонны под действием избыточного внутреннего давления не будет нарушена, если в любом сечении ее выполняется условие

где [р]в — допустимое избыточное внутреннее давление.

Допустимое избыточное внутреннее давление определяют по формуле

где рБм — критическое давление, рассчитанное по формуле (5.16); kв — коэффициент запаса прочности на разрыв. ВНИИТнефть рекомендует следующие его значения: для обсадных труб с наружным диаметром до 219 мм kв = 1,15; для труб большего диаметра 1,52.

Наиболее высокое внутреннее давление возникает в колонне при проверке герметичности ее опрессовкой

где роп — плотность жидкости в колонне при опрессовке; роп — избыточное давление в колонне у устья при опрессовке.

Сложнее с выбором величины наружного давления.

Методика ВНИИТнефти. За наружное в нецементируемой зоне принимают давление столба промывочной жидкости. Наружное давление на нижнее сечение колонны в цементируемой зоне определяют с учетом соотношения (6.7) по формуле

а под Арв понимают разность между внутренними давлениями в колонне в этом сечении в момент опрессовки и в конце цементирования

Тогда избыточное внутреннее давление у башмака колонны

Распределение же избыточных давлений в промежуточных сечениях в зацементированной зоне принимают линейным

где (рв—рн)z = h — избыточное внутреннее давление над кровлей цементного камня

Методика МИНХ и ГП. Поровое давление в промывочной жидкости в покое со временем уменьшается до статического давления столба дисперсионной среды. При расчете нецементируемого участка обсадной колонны на разрыв целесообразно поэтому за наружное давление принимать

где рж — плотность дисперсионной среды промывочной жидкости.

При расчете цементируемого участка следует учитывать, что под влиянием высокого избыточного внутреннего давления колонна в радиальном направлении расширяется; при этом в цементной оболочке могут возникнуть напряжения растяжения оэкв, превосходящие прочность камня, и целостность последнего будет нарушена. В случае же нарушения целостности камня эффект от поддерживающего воздействия его на колонну, учитывать который предлагает ВНИИТнефть, резко уменьшится или исчезнет вовсе. Поэтому, чтобы исключить опасность разрыва колонны в случае разрушения камня, целесообразно возможный эффект поддерживающего воздействия не учитывать, а за наружное принимать пластовое давление в окружающих породах. Если горизонты с kа больше 1 отделены от вышерасположенных с ka=1,0 пакером, избыточное давление в надпакерной зоне можно найти по формуле

а в подпакерной зоне:

Верхний интервал скважины обычно перекрыт двумя или более обсадными колоннами. Если пространство между ними зацементировано, образуется составная крепь, в которой наружная колонна через цементную оболочку оказывает поддержку внутренней колонне. По данным ВНИИБТ, при высокой прочности цементного камня избыточное внутреннее давление, которому может противостоять составная крепь, выше критического для внутренней колонны на 45—65%. Если при цементировании приняты меры к тому, чтобы полностью вытеснить промывочную жидкость из кольцевого зазора между колоннами, заменить ее высококачественным цементным раствором и создать полноценную составную крепь, повышение сопротивляемости внутренней колонны разрыву можно учесть путем соответствующего уменьшения коэффициента запаса прочности. Можно также воспользоваться методикой расчета составных крепей ВНИИБТ.

Поскольку скважина является долговременным капитальным сооружением и высокие внутренние давления в эксплуатационной колонне возникают в основном уже после сдачи скважины промыслу, учитывать положительное влияние цементной оболочки на прочность колонны целесообразно лишь в том случае, если есть уверенность, что в период эксплуатации скважины сильное понижение прочности труб в результате износа или коррозии их, а также цементного камня исключено.