WIERTNICTWO

WIERTNICTWO

Obliczanie wytrzymałości

Obliczanie wytrzymałości

kolumn rur okładzinowych

kolumn rur okładzinowych

Przygotował:

Albert

Złotkowski

Kraków, 2009

Wstęp

Zabezpieczenie otworu wiertniczego przed

uszkodzeniem jego ścian po odwierceniu polega

na wprowadzeniu do niego kolumn rur

okładzinowych oraz ich skonsolidowaniu z

górotworem przy pomocy zaczynu

uszczelniającego.

Operacja rurowania otworu poprzedzona jest

doborem rur odpowiedniego gatunku oraz

sprawdzenia ich wytrzymałości w warunkach

występujących w otworze wiertniczym.

Obliczanie wytrzymałości kolumny rur

Kolumna rur okładzinowych powinna być odporna

na:

- ciśnienie zgniatające pochodzące od różnicy

ciśnień panujących w przestrzeni poza rurowej i
w rurze,

- siły rozluźniające działające na połączenia

gwintowe kolejnych rur kolumny okładzinowej,

- ciśnienie rozrywające kolumnę rur

okładzinowych pochodzące od różnicy ciśnień
panujących w kolumnie rur i poza nią.

Ciśnienie zgniatające

Ciśnienie zgniatające – w celu określenia dopuszczalnej
głębokości na jaką może być zapuszczona rura okładzinowa
wykonana z materiału konkretnej marki oblicza się iloraz
dopuszczalnego ciśnienia zgniatającego dla stali określanego
przez producenta oraz ciężaru właściwego płuczki wiertniczej.

Wartość głębokości do jakiej może być zapuszczona rura danej
marki określa się z wzoru

gdzie:
ρ

pl

– gęstość płuczki wiertniczej; [kg/m

3

],

P

zg

– dopuszczalne ciśnienie zgniatające; [MPa],

n – współczynnik bezpieczeństwa; [ - ].

(1)

]

m

[

n

80665

,

9

ρ

P

H

pl

zg

n

_

d







Ciśnienie
zgniatające

Rys. 1. Schemat działania ciśnienia
zgniatającego na kolumnę rur
okładzinowych

P

zg

H

Obliczenie wytrzymałości kolumn rur
okładzinowych

Aby zmniejszyć koszt
materiału kolumny rur
w jednej kolumnie stosuje
się różne marki materiału
z których tworzy się
sekcje kolumny rur
okładzinowych.
Można również
zastosować rury tej samej
marki lecz
o innej grubości ścianki.
Obliczenia wytrzymałości
powtarza się dla każdej
z sekcji.

100
200
300
400
500
600
700
800
900

1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600

h =56,3 [m]

4

K - 55

N - 80

3

2

1

H =

16

40[

m]

C - 75

4

K - 55

b = 0,01003[m]

b = 0,01003[m]

b = 0,01003[m]

b = 0,00894

[m]

h =293,6 [m]

h =216,3 [m]

h =1073,8 [m]

3

2

1

Rys. 2. Schemat budowy kolumny rur
okładzinowych złożonej z czterech sekcji

Siły rozluźniające połączenia gwintowe

Siły rozluźniające połączenia gwintowe – kolejnym etapem
obliczeń jest określenie dopuszczalnej długości poszczególnych
sekcji kolumny rur okładzinowych. W tym celu oblicza się iloraz
dopuszczalnej wartości sił na rozluźnianie połączeń gwintowych oraz
ciężaru jednostkowego materiału sekcji kolumny rur okładzinowych.
W obliczeniach używa się współczynnika bezpieczeństwa k = 1,6
[ - ].

gdzie:
P

r_n

– dopuszczalna wartość sił rozluźniających połączenie gwintowe;

[kN],
Q

n-1

– ciężar poprzednich sekcji rur okładzinowych; [kN],

q

n

– ciężar jednostkowy rur okładzinowych; [kN/m],

k – współczynnik bezpieczeństwa; [ - ].

(2)

]

m

[

q

k

k

Q

P

'

h

n

1

n

n

_

r

n











Siły rozluźniające połączenia gwintowe

Ciężar poprzednich (poniżej umieszczonych) sekcji kolumny rur
okładzinowej oblicza się z wzoru:

gdzie:
h

n

– długość sekcji kolumny rur okładzinowej; [m],

q

n

– ciężar jednostkowy rur kolumny rur okładzinowych; [kN/m].

(3)

]

kN

[

q

h

Q

n

n

n





Siła
rozluźniająca
połączenia
gwintowe

Rys. 3. Schemat działania sił
rozluźniających połączenia gwintowe

Q

H

Ciśnienie rozrywające

Ciśnienie rozrywające – trzecim etapem jest sprawdzenie wytrzymałości
kolumny rur okładzinowych na działanie ciśnienia rozrywającego.
Przyjmuje się, że przestrzeń poza rurowa może być wypełniona wodą,
natomiast w przestrzeni rurowej występować będzie ciśnienie równe
ciśnieniu złożowemu. Sprawdzenie wytrzymałości na ciśnienie
rozrywające polega na obliczeniu współczynnika bezpieczeństwa „s”, który
musi być większy od jedności.
Ciśnienie hydrostatyczne słupa wody na danej głębokości oblicza się z
wzoru

gdzie:
H

d_n

– głębokość zapuszczenia sekcji kolumny rur okładzinowych; [m],

h

n

– długość sekcji kolumny rur okładzinowych; [m],

ρ

H2O

– gęstość wody; [kg/m

3

].

(4)





]

Pa

[

ρ

81

,

9

h

H

P

O

H

n

n

_

d

O

H

_

h

2

2









Ciśnienie rozrywające

Współczynnik „s” oblicza się w oparciu o wzór:

gdzie:
P

zł

– Ciśnienie złożowe rurowanego interwału; [Pa],

P

w

– Wartość dopuszczalnego ciśnienia rozrywającego dla materiału

sekcji kolumny rur okładzinowych; [Pa],

(5)

]

[

P

P

P

s

O

hH

zł

w

2



















Ciśnienie
rozrywające

Rys. 4. Schemat działania ciśnienia
rozrywającego kolumnę rur okładzinowych

P

hyd H2O

H

P

z³

P - P

z³ hyd H2O