Расчет насосно-компрессорных труб на прочность при проведении ГРП

При проектировании ГРП необходимо проводить расчет колонны НКТ на прочность, чтобы не допустить ее разрушения как при проведении обработки скважины, так и при остановке насосов высокого давления.

Расчет на прочность проводят по методике, в основу которой положено определение изменений длины колонны НКТ и усилий на нее и пакер.

Изменение длины лифтовой колонны происходит за счет:

- разности давлений в колонне НКТ и затрубном пространстве;

- охлаждения лифтовой колонны рабочей жидкостью;

- сил трения при движении рабочей жидкости в лифтовой колонне.

Если лифтовая колонна состоит из нескольких секций, то ее внутренний эквивалентный диаметр вычисляют по формуле а наружный рассчитыва­ют исходя из равенства веса многосекционной колонны и веса односекционной колонны с эквивалентным внутренним и наружным диаметрами.

Изменение длины колонны НКТ рассчитывают по следующим фор­мулам.

   Изменение длины колонны НКТ под действием осевой силы D L ₁, м:

;                                              (8.30)

где D Р _i – изменение давления в НКТ в зоне пакера, Па;

;                                                                                        (8.31)

Р_г – давление гидроразрыва, Па;

Р_пл - пластовое давление, Па;

А _i – площадь круга с диаметром, равным внутреннему диаметру НКТ, м²;

А₀ – площадь круга с диаметром, равным наружному диаметру НКТ, м²;

Е_с – модуль Юнга для стали (НКТ), Па;

А _s – площадь сечения НКТ, м².

Изменение длины колонны НКТ за счет разности давлений D L ₂, м:

;                             (8.32)

W = W ₂ + W ₁ - W ₀ ;                                     (8.33)

где D Р₀ – изменение давления в затрубном пространстве в зоне пакера, Па;

    ;                                (8.34)

где r ₀ , р₀¹ – плотность жидкости в затрубном пространстве во время и до обработки, кг/м³;

Р^У₀ – давление в затрубном пространстве во время обработки на устье, Па;

J – осевой момент инерции НКТ, м⁴.

;                     (8.35)

S -радиальный зазор между колонной НКТ и эксплуатационной колонной, м;

W_s – вес 1 п.м НКТ, Н/м;

W_i – вес 1 п.м жидкости, находящейся в колонне НКТ, Н/м;

W ₀ – вес 1 п.м жидкости, находящейся в кольцевом пространстве между колонной НКТ и эксплуатационной колонной, Н/м.

Если А₁ × D P ₁ – А₀ × D Р₀ <0, то D L принимают равным 0.

Изменение длины колонны НКТ за счет радиального давления, м

;     (8.36)

где n _с – коэффициент Пуассона стали (n _с = 0,3);

R – отношение диаметров НКТ (наружного к внутреннему).

Изменение длины колонны НКТ от изменения температуры D L ₄, м

;                                   (8.37)

D Т – изменение средней температуры в колонне НКТ, К;

b - коэффициент температурного линейного расширения НКТ, 1/К.

При длительной закачке рабочей жидкости изменение температуры определяется по формуле

;                                     (8.38)

где Т_ж – температура закачиваемой жидкости, К;

Т_з – исходная температура на забое скважины, К;

Т_у – исходная температура породы на устье скважины, К.

Изменение длины колонны НКТ от движения закачиваемой жидкости D L ₅, м,

;                                         (8.39)

где d - падение давления на трение на 1 м длины НКТ за счет течения жидкости, Н/м³.

Изменение длины колонны в случае ее предварительного натяжения непосредственно над пакером после его установки (при отсутствии компенса­тора), L_s, м

;                                 (8.40)

где F_s – сила предварительного натяжения НКТ, Н.

    Суммарное изменение длины колонны составит

    ΣΔ L = ΔL ₂ + ΔL ₃ + ΔL ₄ + ΔL ₅ + ΔL_s ;                     (8.41)

Если åDL < 0, тогда усилие F_з, испытываемое НКТ на забое, определяют по формуле

;                              (8.42)

где А _s – площадь сечения тела НКТ, м².

Если å D L > 0, тогда величину F_з определяют по формуле

;              (8.43)

Усилие, действующее на колонну НКТ на устье скважины F _у

, (Н)                                 (8.44)

Сила, действующая на пакер со стороны НКТ при движении в ней жид­кости, рассчитывается по формуле

, (Н)                             (8.45)

Нагрузка на эксплуатационную колонну со стороны пакера определяется по формуле, Н

;                             (8.46)

где А_с – площадь круга с внутренним диаметром эксплуатационной ко­лонны, м².

Расчет при остановке закачивания проводят по тем же формулам, по которым проводился расчет при закачивании рабочей жидкости.

При прекращении закачивания потери давления на трение равны нулю, сле­довательно, изменение длины НКТ от движения закачиваемой жидкости L ₅ = 0.

В этом случае давление на забое рассчитывают по формуле

;                                 (8.47)

где Р_у^доп – допустимое давление на устье при закачивании рабочей жидкости, Па (как правило, оценивается при расчете скорости закачивания).

Наибольшую нагрузку колонна НКТ испытывает на устье (F _у). Она не должна превышать прочностных характеристик труб.

Допустимая нагрузка F _доп, (Н), определяется по формуле [8]

;                                         (8.48)

где G _т – предел текучести стали, Мпа.

При превышении усилий, действующих на лифтовую колонну, выше до­пустимых заменяют лифтовую колонну или изменяют параметры ГРП (на­пример, уменьшают скорость закачивания рабочей жидкости).

Расчетное изменение параметров длины колонны НКТ в процессе закач­ивания рабочей жидкости учитывается при установлении пакера.

7.Необходимое число насосных агрегатов:

                                        (8.49)

где Р_р – рабочее давление агрегата;

Q _р – подача агрегата при данном Р_р;

К_тс – коэффициент технического состояния агрегата (при закачке в НКТ)

Время на проведение ГРП

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться: