Методика Г.М. Саркисова. Расчетное наружное давление определяют по составному столбу бурового и тампонажного растворов с учетом нагрузки цементного кольца. В отдельных случаях для скважин, бурящихся в сложных геологических условиях, с разрешения нефтегазодобывающего объединения допускается определение наружного давления по всему стволу скважины по столбу бурового раствора.
Формулы для расчетных давлений зависят от соотношения между I, Л, Н, z0, причем z0 является глубиной, на которой наружное давление при разгрузке цементного кольца достигает гидростатического и определяется по одной из следующих формул:
|
|
0 Рц -*(Ро -Рн)~Рв
где L — глубина скважины, м; h — расстояние от устья скважины до уров-
ня тампонажного раствора в затрубном пространстве, м; Н — расстояние от уровня жидкости в колонне, м; к — коэффициент разгрузки цементного кольца; рц, рр, р0, р„, рн — плотность соответственно тампонажного и бурового растворов, продавочной жидкости, воды и жидкости в колонне, êã/ì3.
В зависимости от положения уровней h и Н возможны следующие случаи.
1. Л > Н (уровень жидкости в колонне выше уровня подъема тампонажного раствора в затрубном пространстве).
По формуле (13.2) находят z0. Если при этом окажется, что z0 < Л, то расчетные давления pL, ph, p’h, рн (МПа) соответственно на глубинах I, Л и Н определяют по следующим формулам (причем на глубине Л получаются два значения давлений):
pL = КГ6 д[(Рц — рн )1 — (рц — рр
РнН] (1 — к);
(13.3)
Рн=10-6дррН.
Здесь и далее д — ускорение силы тяжести, м/с2. Если же окажется, что z0 > Л, то
(13.4)
Рн=Ю-6дррН.
2. h < Н (уровень жидкости в колонне выше уровня подъема тампонажного раствора в затрубном пространстве).
По формуле (13.2) определяют z0. Если при этом окажется, что z0 > Н, то давление определяют по формулам
рго =lO^g[pBzo-pH(Zo-H)]; pH=10-6gpBH;
(13.5)
Если при расчетах по формуле (13.1) окажется, что z0 < Н, то тогда z0 надо вычислять по формуле (13.2). Если при этом новом расчете z0 > Л, то давление находят по формулам
рн =
ц -*ро)Н-(1-*)(рц -рр)Л-*(рц —
(13.6)
Если при определении z0 по формуле (13.1) окажется, что z0 < Л, то
|
рн = |
ц -рр)Л-*(рц —
рл = 10^ д( [ (1 — к)рр + к(рц — р0) ]Л — к(рц -р0 )1);
(13.7)
3. Н = L (полное опорожнение скважины).
По формуле (13.1) вычисляют z0. Если окажется, что z0 < Л, то давления вычисляют по формулам
(13.8)
Если же при вычислении Zo окажется, что zo > Л, то
(13.9)
p’h=W*gpvh.
После определения расчетных давлений необходимо построить эпюру (рис. 13.3). При построении эпюры для глубин I, Н, Л, z0 откладывают в горизонтальном направлении в принятом масштабе значения давлений pL, Phi Ph< Phi PZo и полученные точки А, В, С, D, Е (соседние) соединяют между собой прямолинейными отрезками.
|
|
Рис. 13.4. Схема крепления скважины
На глубине Л эпюра имеет скачок, так как для ph получено два значения. Для выравнивания эпюры из точки, соответствующей большому значению р^ необходимо провести вниз вертикальную линию до пересечения с лежащей ниже частью эпюры. Отрезок этой вертикали, начиная от точки пересечения и до уровня Л принимается за линию эпюры на этом участке.
Приведенные выше формулы получены для идеального случая крепления скважин. При выводе расчетных формул принимают, что обсадная колонна окружена упругими цементными оболочками и горными породами. Пластовое давление пористых, насыщенных жидкостью и газом горизонтов принимают равным гидростатическому давлению соответствующего столба воды. Поставленная задача о взаимодействии цементной оболочки и обсадной колонны решается с использованием формулы Ламе для определения радиальных деформаций трубы и цементной оболочки. Приравнивая радиальные перемещения точек контактной поверхности трубы и оболочки, находят коэффициент разгрузки цементного кольца.
Схема крепления скважин приведена на рис. 13.4.
В постановке и решении задач по расчету обсадных колонн на сопротивляемость смятию имеется ряд недостатков.
При бурении скважин в большинстве районов вскрывают горизонты с давлениями насыщающего их флюида, превышающими гидростатическое. Поэтому внешнее давление на колонну снизится до пластового, а не до гидростатического давления столба воды. Кроме того, необходимо доказать применимость условий неразрывности контактной поверхности трубы и оболочки в условиях скважины. Экспериментальные работы по исследованию прочности обсадных труб, окруженных цементной оболочкой, показали, что жидкость из модели пласта проникала между поверхностью патрубка и цементным кольцом. Следовательно, несмотря на наличие цементного
кольца, активное давление на колонну создавалось жидкостью. Исследованиями качества цементирования скважин акустическим цементомером, проведенными в последние годы, установлено, что после испытания обсадной колонны на герметичность контакт ее с цементным кольцом ухудшается. Все это косвенно указывает на то, что значения радиальной деформации наружной поверхности обсадной колонны и внутренней поверхности цементной оболочки могут быть не равны.
Методика ВНИИБТ. Расчетное наружное давление на колонну определяют с учетом пластовых давлений высоконапорных горизонтов. Сразу после продавки тампонажного раствора наружным давлением для обсадной колонны является:
а) давление составного столба бурового и тампонажного растворов при
z > h {z — глубина, для которой определяют давление)
ðí = [hρð + (z — h)ρö]10–6g; (13.10)
б) давление столба бурового раствора при z < h
ðí = 10–6zρðg; (13.11)
в) давление столба тампонажного раствора при Л = 0
ðí = zρög. (13.12)
В интервале подъема тампонажного раствора после ОЗЦ наружное давление для обсадной колонны определяется по следующей формуле:
ðí = zm, (13.13)
где m — модуль градиента пластового давления.
При спуске колонн секциями и при двухступенчатом цементировании наружное давление определяется так же, как для колонн, спускаемых и цементируемых в один прием.
Обратите внимание: