Разработка методов учета влияния гидростатического давления на напряженно-деформированное состояние колонн труб при бурениии и эксплуатации скважин

• Автор: Овчинников, Николай Тихонович
• Шифр специальности: 05.15.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 226 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. НЕКОТОРЫЕ ЗАДАЧИ БУРЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН

И УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ 1Ш ИХ РЕШЕНИИ

1.1. Исходные положения

1.2. Анализ литературы

1.3. Цели и задачи исследований, проводимых в диссертации

2. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ СТАТИКИ КОЛОНН ТРУБ В ПОЛЕ ДАВЛЕНИЯ

ЖИДКОСТЕЙ.

2.1. Вывод уравнений равновесия колонн труб

2.2. Определение осевого и эквивалентного осевого усилий в колонне, нормальной и касательной составляющих реакции стенки скважины
2.3. Нахождение связи граничных реакций
2.4. Расчет напряженного состояния и прочности колонны.
2.5. Нахождение осевой и радиальной деформаций колонны.
2.6. Анализ продольной устойчивости колонны.
2.7. Положение нейтрального сечения и сечения нулевых осевых напряжений в колонне .
2.8. Эквивалентность нагружения колонны давлением жидкости и объемными выталкивающими силами
3. РАСЧЕТ НАТЯЖЕНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН
3.1. Исходные положения.
3.2. Определение усилия натяжения колонны по критерию устойчивости
3
3.3. Определение натяжения колонны, исключающего выход
ее верхнего конца из скважины
3.4. Сравнение полученных и известных результатов
4. РАСЧЕТ ДЛИНЫ ПОДГОНОЧНОГО ПАТРУБКА.
4.1. Исходные положения.
4.2. Определение изменения длины секции колонны при цементировании и длины подгоночного патрубка
4.3. Пример расчета.
5. РАСЧЕТ ЦЕНТРИРОВАНИЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН ПРИ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ
5.1. Исходные положения.
5.2. Разработка алгоритма решения задачи.
5.3. Численная реализация алгоритма
5.4. Результаты расчетов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА


Полученные выводы относительно влияния давления жидкостей на устойчивость колонны аналогичны выводам авторов, использующих при анализе устойчивости уравнение упругой линии колонны. В работе // при рассмотрении устойчивости используется зависимость для определения нагрузки, действующей на боковую поверхность колонны со стороны жидкости //* В результате решения задачи получено, что потеря колонной устойчивости может происходить в отсутствие реакции забоя лишь в случае, если в скважину спускается колонна без жидкости. В // утверждается, что уравнение из // справедливо при малых отклонениях колонны от вертикали. В качестве доказательства приводится пример: стержень в жидкости, расположенный горизонтально, при равных плотностях жидкости и материала стержня должен изогнуться, поскольку нижние волокна стержня будут сжиматься сильнее. На наш взгляд, из результатов работы // следует, что в случае изгиба стержня на его боковую поверхность будет действовать восстанавливающая нагрузка, под действием которой стержень вновь примет горизонтальное положение. Уравнение упругой линии колонны при пространственной потере устойчивости получено в работе //. Здесь показано, что изгиб колонны в жидкости определяется эквивалентным осевым усилием, определяются критические условия нагружения колонны при различных условиях нагружения колонн, рассматривается потеря устойчивости насосно-компрессорных труб. В работе // считается, что изгиб колонны обусловлен сдвигом ее сечений, происходящим параллельно горизонтальной поверхности. Действие давления жидкости сводится в этом случае к созданию распределенного по длине колонны изгибающего момента. Некоторые задачи устойчивости стержней при воздействии давления жидкостей рассмотрены в работе //. При рассмотрении примеров уравнение упругой линии колонны используется в единичных случаях. О невозможности потери устойчивости колонны от действия жидкости говорится в работе /4/. Работы /2, ИЗ/ посвящены изучению устойчивости колонн труб при различных условиях их нагружения. Работы оказали существенное влияние на зарубежную расчетную практику в области устойчивости колонн. Основные положения работ сохраняют свою актуальность в настоящее время. Общий анализ существующих представлений о влиянии гидростатического давления жидкостей на работу колонн труб в скважине показывает достаточную изученность этого вопроса. В то же время анализ вопроса содержится в целом ряде публикаций, различные исследователиприменяют различные подходы к решению задач, результаты решения задач не всегда согласуются; задачи рассматриваются изолированно друг от друга. Такое положение создает известные трудности в понимании вопроса, сдерживает развитие расчетного обеспечения технологических процессов и осложняет решение практических задач. Целью настоящей работы является уточнение и развитие положений учета влияния давления жидкостей в методиках, моделирующих поведение колонн труб при проведении различных технологических процессов. ЭЦВМ расстановки центраторов на обсадной колонне при цементировании с учетом давления жидкостей и взаимодействия пролетов колонны между собой. Вопрос получения уравнений равновесия колонн труб в скважине разработан наиболее полно в работах /, /. В работе // влияние жидкостей при выводе уравнений не рассматривается, учет влияния жидкостей в работе //, как показано в главе I, требует уточнения. Полагаем, что колонна в скважине движется равномерно, инерционные силы, действующие на колонну, и гидродинамические составляющие давления жидкостей не учитываем. Считаем, что взаимодействие колонны со стенками скважины не приводит к нарушению распределения давления по боковой поверхности колонны. Давление жидкостей в колонне и кольцевом пространстве считаем нарастающим с глубиной гидростатическим образом - пропорционально плотностям жидкостей. Для обозначения векторных величин используем черггу сверху. П - вектор главной нормали, ё - вектор бинормали; 5 - координата, отсчитываемая по оси колонны от нижнего до произвольного сечения (рис.