Введение к работе
Актуальность проблемы.
Совершенствование строительства скважин и повышение надежности крепи в осложненных условиях эксплуатации (воздействия коррозионно-агрессивных сред, повышенной температуры и горного давления) обуславливается в первую очередь, подбором высокоэффективных конструкционных материалов для обсадных труб, методов их технологической обработки и формирования поверхности.
Перспективным направлением повышения эксплуатационной надежности обсадных труб является применение композиционных материалов на основе термореактивных пластмасс, армированных стекловолокном, называемых стеклопластико-выми композиционными материалами (СКМ) или стеклопластиками, с физико-химическими и механическими свойствами, позволяющими также эффективно противостоять проблемам, связанным с переносом поиска, разведки и разработки месторождений углеводородов в районы Крайнего Севера, характеризующиеся экстремальными геолого-техническими условиями.
В настоящий момент имеется опыт применения стеклопластиковых труб, использующихся для транспортировки шламов, абразивосодержащих, химически активных сред, нефти и газа, а также единичные случаи использования насосно-компрессорных и обсадных труб из стеклопластиков в артезианских и нефтегазовых скважинах глубиной до 2600 м.
Широкое использование стеклопластиков сдерживается на данный момент отсутствием научно обоснованных положений, позволяющих еще на этапе конструирования сформулировать требования к характеристикам таких труб и апробированных методик расчета, учитывающих как специфику свойств самого материала труб, так и конкретных условий их эксплуатации.
Таким образом, разработка новых и адаптация уже существующих методик конструирования и расчета обсадных труб, создание многослойных оболочек из стеклопластиковых композиционных материалов, а так же исследование поведения стеклопластикового материала под нагрузкой в условиях, близких к эксплуатационным, становится в настоящее время актуальным и современным фактором развития нефтегазовой отрасли.
Связь темы диссертации с плановыми исследованиями. Исследования проводились в соответствии заказом-нарядом ПО «Севергаз-пром» НИОКР по договору №4529 от 07.07.2000 «Разработка обсадных труб из композиционных материалов для крепления солей, мерзлых пород и плывунов», договору № 03/02-2000 «Разработка обсадных и насосно-компрессорных труб с управляемо-дифференциальным обогревом для предупреждения борьбы с парафино и гидратообразованием» между HLI КРО РАЕН и ООО «Севергазпром» и
договору № 24/12 (16-1481) Л&рШ№ПОН&&ьтя>{х и насосно-
« О» МО
-4-компрессорных труб с наружным покрытием композиционными материалами» между НЦ КРО РАЕН и ООО «Севергазпром»
Работа базировалась на результатах, полученных в трудах: В.А. Аване-сова, И.Н. Андронова, В.Л. Бажанова, Н.В. Банчука, Ф.П. Белянкина, В.Ф. Буслаева, В.Л. Вдовенко, И.И. Гольденблата, М. Дзако, Н.С. Ениколопяна, Д.М. Карпиноса, Ф. Ко, В.В. Кобелева, В.А. Копнова, В.И. Кучерявого, А.С. Овчинского, В.И. Олейни-ка, В.Д. Протасова, В.Н. Протасова, А.Ц. Раппопорта, Р.Б. Рикардс, Ю.А. Сыскова, Т. Фудзии, В.М. Юдина, В.Ф. Яценко и др.
Цель работы. Разработка комплексной методики конструирования обсадных труб из композиционных материалов для крепления скважин в осложненных условиях.
Основные задачи работы:
проанализировать факторы, определяющие граничные условия для проектирования обсадных труб из стеклопластиковых композиционных материалов для осложненных условий эксплуатации;
разработать комплексную методику расчета обсадных труб из стеклопластиковых композиционных материалов для осложненных условий эксплуатации;
на базе предложенной методики разработать конструкцию и провести теоретические исследования по оценке различных структур каркаса тела обсадной трубы из стеклопластиковых композиционных материалов для осложненных условий эксплуатации;
оценить влияние метанола и повышенных температур на прочностные характеристики стеклопластиковых композиционных материалов, применяемых для производства обсадных труб.
Научная новизна:
- адаптирована методика задания целевой функции для определения опти
мального радиуса и толщины стенки стеклопластиковой обсадной трубы, углов ар
мирования и толщины пакета однонаправленных слоев армирующего наполнителя в
целях обеспечения равноустойчивости ее слоевых сдвигов, равнопрочности и мини
мальной массы;
разработана методика, позволяющая определить напряжения и нагрузки, возникающие в теле многослойной обсадной трубы и на границе соприкосновения оболочек;
установлен допустимый угол намотки стеклоровинга для обсадной трубы, который составляет 54 градуса;
выявлен характер динамики разрушения стеклопластиковых композиционных материалов от нагрузок, действующих на обсадные трубы в вертикальных нефтегазовых скважинах;
установлено экспериментальным путем, что за предел прочности при расчете обсадных труб из стеклопластиковых композиционных материалов следует принимать предел консолидационной прочности;
установлена зависимость изменения предела консолидационной прочности стеклопластиковых композиционных материалов от воздействия температур в диапазоне от 100-250 С и концентрации метанола.
Основные защищаемые положения:
графо-аналитический метод, позволяющий определить оптимальное соотношение между радиусом обсадной трубы, толщиной стенки, углами армирования и толщиной пакета однонаправленных слоев армирующего наполнителя;
комплекс методических решений, позволяющий определить напряжения и нагрузки, возникающие в теле многослойной обсадной трубы и на границе соприкосновения оболочек;
алгоритм расчета обсадных труб из стеклопластиковых композиционных материалов;
- качественная и количественная зависимость предела консолидационной
прочности материала типа 22, применяемого для изготовления обсадных труб по ТУ
2296-005-24042753-99 от воздействия метанола и повышенных температур.
Практическая ценность.
даны рекомендации по использованию обсадных труб из стеклопластиковых композиционных материалов в различных температурных режимах;
даны рекомендации по использованию обсадных труб из стеклопластиковых композиционных материалов в скважинах, обрабатываемых метанолом;
разработан графо-аналитический метод, позволяющий определить оптимальное соотношение между радиусом, толщиной стенки, углами армирования и толщиной пакета однонаправленных слоев армирующего наполнителя для обеспечения равноустойчивости слоевых сдвигов, равнопрочности и минимальной массы стеклопластиковой обсадной трубы;
разработана конструкция двухслойной стеклопластиковой обсадной трубы для осложненных условий эксплуатации на примере куста № 132 Харьягинского месторождения;
даны рекомендации по изготовлению структуры каркаса при создании двухслойной стеклопластиковой обсадной трубы для снижения напряжений, действующих на границе соприкосновения оболочек.
Реализация результатов.
Результаты работы использованы в учебном процессе кафедры МОН и ГП УГТУ в качестве методических указаний к курсовому и дипломному проектированию, а так же учебного пособия. В филиале «Севербургаз» ДООО «Бургаз» рас-
смотрена, одобрена и принята к внедрению «Комплексная методика выбора и расчета обсадных труб из стеклопластиковых композиционных материалов (СКМ)»
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межрегиональной конференции «Севергеоэкотех - 2002», Ухта, 2002; на V Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России «Новые технологии в газовой промышленности», Москва, 2003, на межрегиональной конференции «Севергеоэкотех -2003», Ухта, 2003, «Севергеоэкотех - 2004», Ухта, 2004, «Севергеоэкотех - 2005», Ухта, 2005, на научных семинарах кафедры МОН и ГП УГТУ 2002 - 2005 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 научных работ.
Структура и объем работы.
