Введение к работе
Актуальность работы Обсадные колонны предназначены для изоляции стенок скважины от рабочего пространства ствола и должны обеспечивать требуемую прочность и іермсіичпосіь при воздсйсівии на пи\ ожидаемых внутренних и внешних давлений Надежность работы обсадных колонн является одним из необходимых условии, обеспечивающих возможноыь углубления скважин до проектных отмеїок и их эксплуатацию без появления межколониых давлений, образования іечногениьіх залежей или ірифонов При строительстве и эксплуатации нефте- или газодобывающей скважины в обсадной колонне 1) производится мноюкрапюе проведение снуско-подъемных операций, 2) обсадная колонна можеі иодверіагься дейсівию сжимающих со стороны окружающих горных пород напряжении, 3) изнуї-ри на обсадную колонну действует (например, со стороны іаза) расширяющее колонну давление И как каждая ответственная конструкция обсадные колонны рассчитываются па прочность
В зависимости от наїрузок, определяемых условиями проводки и крепления скважин, а также ожидаемых давлений продукции, устанавливаются группа прочности металла и толщина сіепки труб, составляющих компоновки кочонн При этом объектом расчета япляеіся обсадная труба
Последние годы в нефтегазопромысловой сфере качесіво изгоювле-ния нефтегазовых труб значительно улучшилось В связи с чем улучшилось сопротивление обсадных труб внешнему давлению И более і очное определение критических давлений для оіечественньїч обсадных труб будеї способствовать повышению конкуренюспособиости отечественной продукции
Качество изготовления труб нормируется в соответспзии со стандартами Основные нормативные документы, применяемые в России, это ГОСТ 632-80 и стандарт Американскої о института нефти (American petio-leum institute) или сокращенно API
Основные іребовапия, предъявляемые ЛРІ к качеству изготовления обсадных груб, нормируются бюллетенем API 5СТ Этог бюллетень основан на экспериментальных данных и исследованиях, полученных в 60-х юлах И на текущий момент в нефтепромысловой промышленности понимают, чю нормы API 5СТ устарели Несомненно, расчетные формулы, основанные наусіаревших опытных данных, тоже нуждаются в уточнении
Основным документом, содержащим методику расчета на прочность обсадных колон от дейсівкя нагрузок в процессе проводки, освоения и зксплуаіации скважин, а іакже рекомендации по выбору обсадных труб, является «Инырукция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин», утвержденная в 1997 году При этом наружное давчепие для обсадных груб рассчитывается по формуле Г М Саркисова Формула была получена в пятидесятые годы прошлою века и предназначалась для расчета труб, имеющих овально-разное генное поперечное сечение, форма которого связана с поірешностями технологии изготовления В настоящее время применение данной формулы не всегда может достаточно точно дать оценку прочностной характеристики обсадной трубы
Акіуальносіь усовершенствования методик расчета обсадных груб на прочное!ь также подтверждают современные исследования, проводимые зарубежными инстиіутами
Колес іочная оценка прочности позволит рационально использовать прочностной запас колонн и предупреждать их отказы, вызванные несоответствием эксплуатационных нагрузок фактической прочности конструкций Определению ьутей решений этой проблемы посвящена данная диссертационная работа
Объектом диссертационной работы явіяюіся обсадные трубы нефтяных и гаюдобывакмпих скважин и скважин ПХГ
Предметом исследовании явіяюіся новые метды, повышенной точности, расчетов критического наружною давления обсадных труб, применяемых в нефіеіазовой промышленности и прої раммпые реализации предлагаемых расчетных методов с помощью МКЭ анализа в среде ANSYS
Целью работы являюіся разработка методов расчета критическою наружного давления для обсадных труб и нсследопапие точносіи расчеюв, как по известным формулам, так и по прсдлаїаемьш в диссеріации методам
Достоверность и обоснованность научных положений и резулыатон диссертации подтверждается 1) строгостью производимых маїсмаїических выкладок, 2) корректностью использования апробированных специализированных программных сред, 3) сравнением с сущеывующими методами расчета Справедливость выводов опюсшелыю адекватной и предложенной модели подтверждена согласованностью с экспериментальными данными
Научная новизна и значение результатов диссеріации заключаемся в
стедующем
получена модификация формулы Г М Саркисова для раечсіа критических давлений дія обсадных труб повышенной точиост изготовления,
построена новая математическая модель обсадной трубы, выполненная с использованием профессиональною комплекса прочностною анализа консірукций ANSYS, основанною на методе конечных .элементов,
уточнена оценка влияния геометрических параметров на снижение несущей способности трубы
Основные положення, выносимые на защиту
1 Метод уточнения определения параметров, характеризующих овальное іь и разностениость поперечных сечений труб Алгоритм расчета уточненных параметров и модификация формулы Г М Саркисова
2. Математическая модель оволыто-разностенной обсадной трубы в проіраммном комплексе ANSYS и способ расчета критического наружного давления
Разработанная авгором программа «Расчет обсадных труб на прочность»
Результаты сравнения расчетных значений с опытными данными
Результаты исследования зависимости критических давлений от геометрических харакгерисіик труб
Практическая значимость работы Разработана программа «Расчет обсадных труб на прочность», зарегистрированная в государственном реестре программ для ЭВМ (свидегельсгво № 2008610584), предназначенная для расчета значений критического внешнего давления для обсадных труб Программа обеспечивает выполнение следующих функции расчет значения критического давления по традиционной формуле Г М Саркисова, по модифицированной формуле Г М Саркисова подготовку APDL кода для построения конечно-элементной модели обсадной трубы и расчета критических давлений в ANSYS С помощь программы произведет! расчет критического давления для всего сортамента обсадных труб, выпускаемых по основным нормативным документам ГОСГ 632-80 и API 5СТ
Апробация работы Результаты отдельных исследований, составляющих основу работы, были опубликованы в научно технических журналах ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт организации, управления и экономики нефтегазовой промышленности» в номерах 11/2007,
2/2008 С основными их почожениям автор выступал на VI11 симпозиуме по прикладной и промышлсннои математике (Сочи — Адлер, 29 сентября —7 октября 2007 г )
Публикации По теме диссертации всею опубликовано и еоанторсіис 5 работ в журналах рекомендованных ВАК Потучено свидеісльство государственной регистрации проіраммьі для ЭВМ «Расчет обсадных труб на прочность»
Структура и объем работы Общий объем диссертации 191 up, из них 151 стр основной части Осноиная часть еосгоиі из введечия, пяіи і лап, содержание 13 пунктов, заключения п списка литературы из 60 названий, m которых 18 на иностранных языкач Диссертация содержит 11 таблиц, 50 графиков и рисунков и четыре приложения общим объемом 40 сгр
Реализация результатов Основные резудыаш диссертационных исследовании использовались ОАО «СсвКавПИПИии» при получении оценки влияния погрешности данных ГИС на погрешность раечеіов иарамеїров остаточной прочности обсадных колонн Зависимости погрешности расчеюв от типоразмера груб и величины поірсшпости данных ГИС включены в проекі СТО «Инструкция по расчету обсадных колонн па особые условия эксплуатации», который утвержден 4 мая 2008 г Замссппелем Председаїеля Правления ОАО «Газпром» А Г Ананепковым в вводтся в дейсівис с 15 окіября 2008 г (акт о внедрении о і 27 августа 2008 г )
