Задача 2

Определить глубину спуска ступенчатой колонны типа НКБ с трапецеидальной резьбой из стали групп прочности «Д» для фонтанирующей скважины глубиной 4500 м, имеющей эксплуатационную колонну диаметром 127x10,7 мм. При расчете пренебрегаем потерей веса колонны труб в жидкости, так как уровень жидкости в межтрубном пространстве во время работы может быть оттеснен до башмака колонны труб.

Пример решения:

Предположим, что из условия пропускной способности нижняя секция определена как НКБ 60 x 5 мм. Принимаем группу прочности «Д» (σ_т = 380 МПа) для нижней секции. Определим страгивающую нагрузку по формуле (12.1). Внутренний диаметр d = D - 2·δ = 60,3 - 2·5 = 50,3 мм.

Толщина стенки под резьбой ниппеля

.

Угол α для трапецеидальной резьбы (ГОСТ 633-80)

.

Угол трения φ» 3°, так как при больших значениях φ сtg (α + φ) будет отрицательный и страгивающая нагрузка будет неоправданно возрастать. Следовательно, ctg(α+φ) = 0 и формула (12.1) преобразуется для трапецеидальной резьбы:

, (12.1')

Тогда

.

Для проверки определим страгивающую нагрузку относительно муфтовой части трубы. Толщина стенки над резьбой муфтовой части

.

В расчетной плоскости муфты (b - 3,06)/(44 - 13) = 1:12.

Отсюда

.

По формуле (12.1') страгивающая нагрузка для муфтовой части

,

что превышает Р_стр для трубы.

Предельную нагрузку определим по основному телу трубы как имеющую наименьшую толщину стенки по формуле (12.2):

.

Следовательно, за расчетную нагрузку следует принимать предельную как наименьшую.

Длина 1-й секции

.

Для второй секции используем НКБ 73х5,5 мм; гр. прочности «Д»; q = 9,5 кг/м. Определим Р_стр по формуле (12.1).

Находим внутренний диаметр

d = 73 - 2·5,5 = 2 мм.

Толщина стенки под резьбой ниппеля

;

;

.

Предельная нагрузка по основному телу трубы по формуле (12.2)

.

Следовательно, и для этих труб расчетной будет предельная нагрузка.

Длина 2-й секции

.

Таким образом, суммарная длина колонны составят

.

Минимальный зазор с обсадной колонной составит

.

Допустимое внутреннее давление для нижней трубы НКБ 60х5 мм

(формула 12.4).

.

Определяем фактическое внутреннее давление трубы по формуле (12.5) при плотности добываемой жидкости ρ_ж = 900 кг/м³, Р_буф= 0; Р_ф<Р_вн, следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.