Підвищення надійності роботи обсадних колон у похило-скерованих свердловинах

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню надійності роботи обсадних колон у похило-скерованих свердловинах завдяки врахуванню впливу згину на овальність обсадних труб та на величину зовнішнього критичного тиску. Проаналізовано чинники, що впливають на надійність роботи обсадних колон при кріпленні похило-скерованих свердловин, та виконано огляд методів розв’язання зазначеної проблеми. Уточнено класифікацію причин неякісного кріплення похило-скерованих свердловин. Проведено теоретичні дослідження впливу згину обсадної колони на овальність і міцність обсадних труб при дії зовнішнього надлишкового тиску. Для оцінки напруженого стану обсадних труб і форми їх поперечного перерізу при згині виконано експериментальні дослідження, якими підтверджено результати теоретичних досліджень впливу згину труб на форму їх поперечного перерізу і необхідність удосконалення методики розрахунку обсадних колон для кріплення похило-скерованих свердловин. Удосконалено методику розрахунку обсадних колон на міцність при кріпленні похило-скерованих свердловин шляхом уведення поправочного коефіцієнта до величини зовнішнього критичного тиску залежно від інтенсивності викривлення, товщини стінки, діаметра труб і групи міцності сталі. Розроблено рекомендації з підвищення надійності роботи обсадних колон для кріплення похило-скерованих свердловин, що грунтуються на удосконаленій методиці їх розрахунку залежно від інтенсивності викривлення свердловини.

Диссертация посвящена повышению надежности работы обсадных колонн в наклонно-направленных скважинах благодаря учету влияния изгиба на овальность обсадных труб и их сопротивляемость наружному избыточному давлению. Проанализированы факторы, влияющие на надежность работы обсадных колонн при креплении наклонно-направленных скважин и сделан обзор методов решения указанной проблемы. Усовершенствована классификация причин некачественного крепления наклонно-направленных скважин, согласно которой они объединены в две группы: - факторы, приводящие к повреждению обсадных колонн; - факторы, обуславливающие недопуск обсадных колонн до проектной глубины и их смещение в месте стыковки секций. Проведены теоретические исследования влияния изгиба обсадной колонны на овальность и прочность обсадных труб при действии наружного избыточного давления. Показано, что с увеличением кривизны обсадной колонны овальность поперечного сечения труб увеличивается. Например, для 146-мм обсадных труб с начальной овальностью 1 % при интенсивности искривления (2÷З) градуса на 10 м, овальность поперечного сечения обсадных труб увеличивается на (0,1÷0,3) %, а при интенсивности искривления (6÷7) градусов на 10 м - на (0,6÷0,8) %. Расчетами установлено, что величина наружного критического давления уменьшается с увеличением интенсивности искривления скважины. Для 146-мм обсадных труб с начальной овальностью 1 % при интенсивности искривления (2÷3) градуса на 10 м, величина наружного критического давления уменьшается на (5÷10) % по сравнению с величиной критического давления прямолинейных труб, а при интенсивности искривления (6+7) градусов на 10 м - на (20÷25) %. Для оценки напряженного состояния обсадных труб и формы их поперечного сечения при изгибе выполнены экспериментальные исследования, которыми подтверждены результаты теоретических исследований влияния изгиба труб на форму их поперечного сечения и необходимость усовершенствования методики расчета обсадных колонн для крепления наклоннонаправленных скважин. Усовершенствована методика расчета обсадных колонн на прочность при креплении наклонно-направленных скважин путем введения в расчетные зависимости величины допустимого наружного давления, коэффициента снижения сопротивляемости смятию. Разработаны рекомендации по повышению надежности работы обсадных колонн для крепления наклонно-направленных скважин, основанные на усовершенствованной методике их расчета в зависимости от интенсивности искривления скважины. Результаты научных исследований используются в учебном процессе кафедрой бурения нефтяных и газовых скважин ИФНТУНГ при изучении курса «Заканчивание скважин».

Thesis is devoted to the enhancement of operation reliability of casings in directional wells by taking into consideration the curve influence on the out-of-roundness of casing pipes and on the magnitude of ambient critical pressure. The factors have been analyzed that influence on the operation reliability of casing strings during the fixing process of directional wells. There have been observed the methods for solution of the above-mentioned problem. The classification of reasons of low quality casing of directional wells has been specified. Theoretical investigations have been conducted to analyze the influence of casing string curve on the out-of-roundness and durability of casing pipes under the influence of ambient excess pressure. To evaluate the stress state of casing pipes and forms of their cross sections at curve, experimental research has been conducted. The latter has confirmed the results of theoretical investigations devoted to the influence of pipes’ curve on form of their cross sections and necessity to specify the calculation methods of casing strings for fixing of directional wells. The methods have been improved for the calculation of casing as to their reliability during lining of directional wells by the introduction of correction coefficient to the value of external critical pressure depending on the intensity of curve, wall thickness, diameter of pipes and group of steel strength. The recommendations have been developed for the enhancement of operation reliability of casing strings to fix directional wells, which are based on the improved methods of their calculation depending on the degree of well crookedness.