Расчет обсадных колонн (труб).

Эксплуатационные и промежуточные колонны обсадных труб работают в наиболее тяжелых условиях. Например, в процессе спуска колонн обсадных труб по мере их наращивания увеличи­вается нагрузка, обусловленная силами собственного веса. После того как колонна доведена до забоя и установлена на забой, трубы частично разгружаются от растягивающих усилий. Силы внешнего давления, действующие на трубы в процессе спуска колонны и опре­деляемые разностью давления столбов жидкости за трубами и внутри них, по своей величине незначительны.

Промежуточная колонна труб работает в несколько иных усло­виях, нежели эксплуатационная. Промежуточная колонна в основ­ном работает на растяжение от сил собственного веса, а также от сил, создаваемых внутренним давлением. Наибольшего значения вну­треннее давление достигает в момент окончания продавки цемента в колонну, а также при увеличении удельного веса глинистого раствора внутри обсадных труб по отношению к удельному весу раствора, оставшегося в затрубном пространстве.

В эксплуатационной колонне величины осе­вых усилий п внешнего давления неодинаковы по длине колонны. Осевые усилия достигают наи­большего значения у самой верхней трубы в мо­мент спуска. Наибольшие внешние силы, приво­дящие к смятию, проявляются у самых нижних труб колонны при снижении уровня жидкости в колонне в процессе эксплуатации скважины. Кроме того, на нижние трубы в фильтровой зоне скважины могут действовать и пластовые давле­ния, которые достигают значительных величин в процессе эксплуатации скважины.

Кроме основных усилий смятия и растяже­ния, действующих на колонну, в обсадных тру­бах возникают также дополнительные напряже­ния. Они возникают тогда, когда приходится расхаживать колонну при ее прихватах, резком торможении во время спуска, изгибе колонны и т. д. Эти напряжения, возникающие в результате указанных явлений, в некоторой степени компенсируются запасом прочности обсадных труб.

Формулы, применяемые при расчете колонн

Сминающее давление для труб определяют по формуле Г. М. Сар­кисова

; где р_си — сминающее давление в кГ./см²;

D — наружный диаметр трубы в см a_min — минимальная толщина стенки трубы в см о₀ — условная расчетная средняя толщина стенки разностенной трубы в см; Е — модуль упругости материала трубы, равный для стали 2,1*10⁶ кГ1см^2ш, о_р — предел пропорцио­нальности материала трубы в кГ/см²; е — овальность трубы, выра­женная отношением, где и — абсолютное значение номинальной овальности, определяемое как разность между наибольшим и наименьшим диаметрами трубы.

Минимальная толщина стенки трубы cv_min определяется как разность между номинальной толщиной стенки а и минусовым до­пуском на толщину стенки w