Пример расчета глубины спуска ступенчатой НКТ при фонтанной эксплуатации скважин

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 127 x 10,7 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.

Решение

Предположим, что из условия пропускной способности нижняя секция определена как НКБ 60 x 5 мм. Принимаем группу прочности «Д» (σт = 380 МПа) для нижней секции. Определим страгивающую нагрузку по формуле (2.1). 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 преобразуется для трапецеидальной резьбы:

                                                        (5.2)

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 страгивающая нагрузка для муфтовой части

что превышает Рстр для трубы.

Предельную нагрузку определим по основному телу трубы как имеющую наименьшую толщину стенки по формуле (5.3):

                                              (5.3)

Следовательно, за расчетную нагрузку следует принимать предельную как наименьшую. Длина 1-й секции

Для второй секции используем НКБ 73 х 5,5 мм; гр. прочности «Д»; q = 9,5 кг/м.

Определим Рстр по формуле (5.3). Находим внутренний диаметр d = 73 - 2·5,5 = 62 мм.

Толщина стенки под резьбой ниппеля

                                (5.3)

Предельная нагрузка по основному телу трубы по формуле

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 60 х 5 мм по формуле (5.4)

                                                       (5.4)

 

 

Определяем фактическое внутреннее давление трубы по формуле (5.5) при плотности добываемой жидкости ρж = 900 кг/м3, Рбуф= 0;

 

                                         (5.5)

где L_тр1 - длины секций НКТ; ρ_ж - плотность жидкости; g = 9,81 м/с².

Условием надежной работы НКТ является Рвн > Рф.

Рф < Рвн, следовательно, выбранная нами ступенчатая колонна проходит как по условию прочности, так и по внутреннему давлению для заданных условий скважины.

 

Пример расчета глубины спуска остеклованных НКТ при фонтанной эксплуатации скважин

Рассчитать максимальную глубину спуска гладких остеклованных НКТ 89 x 6,5 мм «Д» при фонтанно-компрессорной эксплуатации скважин, если предел прочности стекла составляет 60 МПа.

Решение

Допустимую нагрузку на остеклованные трубы определим по формуле (2.6), полагая, что по технологии изготовления средняя толщина слоя стекла составляет 1 мм. Тогда

                                       (5.6)

где Р - допустимая нагрузка на трубы, определенная по условию сохранения прочности стекла; σвст - предел прочности стекла; n - запас прочности (n = 1,3 - 1,5); Fст - площадь поперечного сечения слоя стекла; Fтр - площадь поперечного сечения трубы; Ест, Етр - модули упругости стекла и труб со-ответственно.

Допустимая нагрузка

Допустимая глубина спуска без учета облегчения в жидкости при n = 1 составит

                                                        (5.7)

Для сравнения страгивающая нагрузка для НКТ 89 х 6,5 «Д» составит:

                                            (5.8)

Где

Допустимая глубина спуска по страгивающей нагрузке

Таким образом, покрытие из стекла уменьшает допустимую глубину спуска НКТ 89 мм на 252 м или приблизительно на 10%.