2015-03-20
971
Анализ условий работы обсадных колонн позволяет заключить, что основными нагрузками действующими на обсадную колонну являются: - сминающие (возникают от действия избыточных наружных давлений); избыточное внутреннее давление и усилие страгивания. По этим нагрузкам и осуществляют подбор обсадных труб. Основными условиями выбора обсадных труб являются:
,
,
,
,
,
где: 
- расчетные значения коэффициентов запаса прочности на смятие, разрыв и страгивание;
- допустимые значения коэффициентов запаса прочности на смятие, разрыв и страгивание.
Значения 
для секций, находящихся в пределах эксплуатационного объекта принимают равным 1,0 ¸ 1,3 в зависимости от устойчивости, коллекторов. Для остальных секций 
.
Значения допустимой величины коэффициента запаса прочности на внутреннее давление принимают в зависимости от диаметра труб и их типа. Для труб диаметром 114...219 мм. в исполнении А и Б 
. Для труб диаметром свыше 219 мм в исполнении Б - 
, в исполнении А - 1,15.
Значения допустимого коэффициента запаса прочности на страгивания зависит от диаметра колонны, длины колонны и профиля ствола скважины. При их выборе следует руководствоваться таблицей.
|
|
|
Таблица 6.1.
Значения коэффициентов запаса прочности на страгивание для труб с треугольным профилем резьбы
| Диаметр трубы, мм | Длина колонны, м | Запас прочности для вертикальных скважин |
| 114...168 | До 3000 м Больше 3000 м | 1,15 1,30 |
| 178...245 | До 1500 м Больше 1500 м | 1,30 1,45 |
| 273...324 | До 1500 м Больше 1500 м | 1,45 1,60 |
| Больше 324 | До 1500 м Больше 1500 м | 1,60 1,75 |
Для труб с трапецеидальным профилем резьбы исполнения A 
, исполнения Б - 1,80. При этом. допустимая нагрузка на тело гладкой части трубы в первом случае не должна превышать 80 % (
), во втором 77 % (
) от нагрузки, при которой напряжения достигают предела текучести.
Для наклонных скважин 
определяется зенитным углом и рассчитывается по формуле:
;
.
= критическое давление, при котором наибольшее напряжение при избыточном наружном нагружении достигает предела текучести материала труб. Определяют по формуле Саркисова Г.М.:
;
; 
где: D - наружный диаметр труб, мм;
- предел пропорциональности, который принимают равным пределу текучести материала труб, МПа;
Е - модуль упругости (Ест = 2,1 × 105 МПа);
е - овальность трубы;
- номинальная толщина стенки трубы, мм;
- расчетные толщины стенок, которые определяют по формулам:
;
;
.
или по упрощенным выражениям:
;
- для труб исполнения Б и
- исполнения А
- 1,034 (трубы исполнения Б)
- (трубы исполнения А).
Критическое давление с учетом растягивающих нагрузок при двухосном нагружении определяют по формуле:
|
|
|
,
где: - критическое давление, определенное по формуле Г.М.Саркисова (без учета растяжения);
Q - осевая растягивающая нагрузка на трубу;
- растягивающая нагрузка, при которой напряжение в теле трубы достигают предела текучести;
- избыточное внутреннее давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести, определяют по формуле Бэрлоу.
;
0,875 - коэффициент, учитывающий отклонение толщины стенки;
- растягивающее усилие, при котором в наиболее опасном сечении резьбового соединения напряжения достигают предела текучести
;
- средний диаметр сечения по впадине первого полного витка резьба (в основной плоскости), мм
;
h - глубина резьбы; мм;
b - толщина стенки трубы по впадине того же витка, мм;
l - длина резьбы с полным профилем (до основной плоскости), мм;
l - угол между опорной поверхностью резьбы и осью трубы, равный 60°;
a - угол трения. Принимается в расчетах равным 7°;
h - коэффициент разгрузки 
;
- предел текучести материала труб, МПа.
Расчет на растяжение колонн труб с резьбой трапецеидального профиля производят по разрушающей нагрузке, наименьшей из подсчитанных, исходя из условия разрушения по телу трубы в опасном сечении, условия выхода резьбы из сопряжения, вследствие уменьшения поперечных размеров трубы от удлинения при растяжении, и условия разрушения по муфтовой части соединения в опасном сечении.
Разрушающую нагрузку по телу трубы в опасном сечении определяют по формуле:
.
Разрушающую нагрузку при выходе резьбы из сопряжения рассчитывают по формуле:
.
Разрушающую нагрузку по муфтовой части соединения в опасном сечений определяют по формуле:
.
Для колонн составленных из труб типа ОГ с толщиной стенки до 10 мм включительно, разрушающую нагрузку определяют исходя из прочности ниппельной части по формуле:
.
Для труб типа ОГ с толщиной стенки 11 мм и более разрушающую нагрузку определяют исходя из прочности муфтовой части по формуле:
.
В этих формулах:
Д - наружный диаметр трубы, мм.;
- толщина стенки., мм.;
- наименьший предел прочности при растяжении, МПа;
- наименьший предел текучести при растяжении, МПа;
- высота профиля резьбы. Принимают равным 1,6 мм;
- средний диаметр тела трубы в опасном сечении:
;
- диаметральный натяг свинченного соединения, мм.;
- модуль упругости. Для труб группы прочности, =4900 МПа, К и Е -3430 МПа, и Л, М - 2450 МПа;
- рабочая высота профиля резьбы. Принимают равным 1,2 мм;
- коэффициент Пуассона. Для пластической области = 0,5;
- угол наклона стороны профиля резьбы 
;
- угол трения 
;
l - длина резьбы, находящейся в сопряжении
l = L - 14 мм;
L - общая длина резьбы;
- наружный диаметр муфты, мм;
- наружный диаметр резьбы муфты в опасном сечении:
;
- длина наружной резьбы с полным профилем, мм.
Значения осевой растягивающей нагрузки, при которой напряжения в теле трубы, закрепленной в клиновом захвате, достигают предела текучести, определяют по формуле:
,
где: F - площадь сечения трубы, мм;
- предел текучести материала труб, МПа;
- средний диаметр трубы, мм;
l - длина плашек клинового захвата, мм.;
a - угол уклона клина 
(уклон 1:16);
j - коэффициент трения (j = 0,2);
x - коэффициент охвата трубы плашками (
)
x - определяется в зависимости от типа клинового захвата 
;
g - угол охвата трубы плашками одного клина (60°)
m - число клиньев.
Эти виды разрушающих обсадную колонну нагрузок просчитаны для каждой трубы в зависимости от ее диаметра, толщины стенки, вида резьбового соединения, группы прочности материала труб и представлены в соответствующих справочниках и руководящих документах.
