Промежуточная колонна труб работает в несколько иных условиях, нежели эксплуатационная. Промежуточная колонна в основном работает на растяжение от собственного веса, а также от сил, создаваемых внутренним давлением. Наибольшего значения внутреннее давление достигает в момент окончания продавки цемента за 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 и 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.

При подборе отдельных секций обсадных колонн нужно принимать следующие запасы прочности:

1.в расчетах технических колонн на страгивающую нагрузку – 1,3;

2.при расчете эксплуатационных колонн на страгивающую нагрузку – 1,15-1,20;

3.при расчете эксплуатационных колонн на смятие:

а).запас прочности для интервала высоты подъема цементного раствора – 1,3;

б).запас прочности выше интервала подъема цементного раствора – 1,15.

Запас прочности на страгивающую нагрузку устья скважины составляет[4]:

где, pстр – страгивающая нагрузка, кН;

Qmax – вес колонны обсадных труб, кН.

Затрубное сминающее давление, создаваемое столбом глинистого раствора на нижнюю трубу[4]:

где, Н – глубина, на которую опускается обсадная труба, м;

γ – удельный вес бурового раствора, кг/м³

Кондуктор Ø 324мм рфакт1 = 1020·1150/10 = 11,73МПа

Пром. колонна Ø 245мм рфакт2 = 2450·1460/10 = 35,77МПа

Экс. колонна Ø 140мм рфакт3 = 3025·2130/10 = 64,43МПа

При запасе прочности на сжатие равным m, нужно устанавливать трубы, которые могут выдержать внешнее сминающее давление, равное[4]:

pсм = pфакт m (2.3.9)

Кондуктор Ø 324мм рсм1 = 11,73·1,3 = 15,2МПа

Пром. колонна Ø 245мм рсм2 = 35,77·1,3 = 46,5МПа

Экс. колонна Ø 140мм рсм3 = 64,43·1,15 = 74,1МПа

Результаты вычислений занесем в таблицу 2.6.

Таблица 2.6 Данные диаметров колонн и типы резьб различных марок стали

Фирмой "Валурек" (Франция) разработана высокогерметичное соединение VАМ. Соединение обеспечивает газогерметичность при больших растягивающих и изгибающих усилиях.

2.3.2 Буровое оборудование

2.3.2.1 Выбор бурового станка

Буровые установки – это комплексные системы, включающие все основные и вспомогательные агрегаты и механизмы, которые необходимы для строительства скважин.

Буровую установку выбирают по ее допустимой максимальной грузоподъемности, обуславливающей с некоторым запасом веса в воздухе наиболее тяжелых бурильной и обсадной колонн.

Для принятой по грузоподъемности и условной глубине бурения буровой установки в зависимости от региональных условий, связанных со степенью обустройства (дороги, линии электропередач, водоснабжение и др.) и климатической зоной, выбирают тип привода, схему монтажа и транспортирования, а также учитывают необходимость комплектования отопительными установками, дополнительными агрегатами и оборудованием.

Буровые установки делятся на две категории:

· для бурения глубоких эксплуатационных и разведочных скважин;

· для бурения неглубоких структурных и поисковых скважин.

Каждая категория буровой установки имеет несколько классов, которые обеспечивают наибольшую эффективность бурения скважин определенной глубины и конструкции. Каждой буровой установкой, при определенной мощности ее двигателей, максимально допустимой нагрузке на крюке можно пробурить скважины различной глубины и конструкции. Для сравнительной оценки мощности и класса буровой установки, для глубокого бурения принимают допустимую нагрузку на крюке и номинальную глубину скважины конечного диаметра 190,5мм, которые могут быть достигнуты при использовании бурильной колонны с бурильными трубами диаметром 127мм и массой 1м труб 31,9кг. При работе с бурильными трубами других диаметров и массы глубина бурения этой же буровой установкой может значительно отличаться от ее условной глубины.

Буровые установки для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения стандартизованы. ГОСТ 16293—82 (СТ СЭВ 2446—80) предусматривает 11 классов буровых установок для бурения скважин глубиной 1250—12500 м и более.

Вид буровой установки для одного и того же класса определяется рядом факторов:

· условиями бурения (равнина, горы, леса, болота, море, температура окружающего воздуха и ее колебания, сила ветра и др.);

· целью бурения (разведочное или эксплуатационное);

· типом скважины (вертикальная или наклонная);

· способом бурения (роторным или забойным двигателями);

· технологией бурения (гидравлическая мощность на забое, типы и свойства бурового раствора, метод спуска и подъема колонн);

· геологическими условиями бурения (характер буримых пород, возможные осложнения, аномальное пластовое давление, температура на глубине, степень агрессивности подземных вод).

Таблица 2.7 Вес обсадных колонн различного назначения