Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Обсадная колонна — составной трубный элемент конструкции нефтяной или газовой скважины, предназначенный для крепления стенок ствола, изоляции горизонтов и создания герметичного канала для добычи флюида. Расчёт обсадной колонны на прочность — обязательный этап проектирования скважины.
ГОСТ 632-80 устанавливает группы Д, К, Е, Л, М, Р. Международный стандарт ISO 11960 (ГОСТ 31446-2017) использует обозначения API. Соответствие приведено в приложении Н к ГОСТ 31446-2017.
Важно: Группа Д (σт = 379 МПа) — наиболее распространённая для скважин до 3000–3500 м. Группы М (σт = 758 МПа) и Р (σт = 930 МПа) — для глубоких скважин с АВПД.
Обсадная колонна подвергается комплексу нагрузок на этапах бурения, цементирования, освоения и эксплуатации:
Критическое давление смятия Pкр — давление, при котором напряжения в теле трубы достигают предела текучести:
Pкр = 2σт · [(D/δ) – 1] / (D/δ)²
Условие прочности: Pн.изб ≤ Pкр / k1
Для тонкостенных труб (D/δ > 22–25) используется формула упругой устойчивости с модулем Юнга E = 2,1×105 МПа и коэффициентом Пуассона μ = 0,3.
Предельное внутреннее давление по формуле Барлоу:
Pвн = 2σт · δ / D
Условие прочности: Pв.изб ≤ Pвн / k2, где k2 = 1,15.
Страгивающая нагрузка Pстр — осевая сила, при которой резьбовое соединение теряет несущую способность:
ΣPi ≤ Pстр / k3, где k3 = 1,15–1,30.
Значения Pстр — в справочных таблицах ГОСТ 632-80 для каждого типоразмера, типа резьбы и группы прочности.
При одновременном действии наружного давления и осевого растяжения Pкр снижается:
P'кр = Pкр · [√(1 – 0,75(σz/σт)²) – 0,5(σz/σт)]
Снижение может достигать 20–30% при значительных осевых нагрузках.
Подбор выполняется снизу вверх:
Переход групп: Д → К → Е → Л → М → Р — при недостаточной прочности текущей группы.
Данные: нефтяная скважина, L = 3400 м, D = 146,1 мм, Pн.изб,макс = 34,6 МПа, k1=1,2, k3=1,3.
Pкр ≥ 1,2 × 34,6 = 41,5 МПа. Выбор: гр. Д, δ=10,7 мм, Pкр=43,7 МПа.
Длина 150 м. Вес: 36,0 × 150 × 9,81/1000 = 53,0 кН.
Гр. Д, δ=8,5 мм, Pкр=31,4 МПа. Длина 1000 м.
Вес: 32,3 × 1000 × 9,81/1000 = 316,9 кН. ΣP = 369,9 кН.
Гр. Д, δ=7,7 мм: Pстр = 823 кН. [P] = 823/1,3 = 633 кН > 369,9 — выполнено.
Группа Д (J55): σт = 379 МПа. Группа Е (N80): σт = 552 МПа. Переход на Е увеличивает Pкр и Pвн примерно на 45% при той же толщине стенки.
Внизу действует максимальное наружное давление. Подбор снизу вверх позволяет последовательно снижать толщину стенки в зонах с меньшим давлением.
Осевое растяжение снижает Pкр на 20–30%. Коррекция обязательна для верхних секций глубоких колонн.
Pстр — осевая сила, при которой резьба теряет несущую способность. Зависит от типа резьбы, диаметра, толщины стенки и группы прочности.
Наибольшую Pстр обеспечивают соединения ОТТГ, Батресс (BTC) и безмуфтовые ТБО. Треугольная резьба имеет наименьшую страгивающую нагрузку.
Да. Колонна состоит из секций: внизу — более прочные, вверху — менее прочные и лёгкие. Переход должен обеспечивать совместимость резьб.
Для глубин свыше 5000 м с АВПД: группы М (P110, σт = 758 МПа) и Р (Q135, σт = 930 МПа).
k3 = 1,30 (повышенный). k1 и k2 аналогичны нефтяным.
Расчёт обсадной колонны включает проверку на смятие, разрыв и растяжение с коррекцией на двухосное нагружение. Правильный подбор секций по группам прочности (от Д до Р по ГОСТ 632-80 или от J55 до Q135 по ISO 11960), толщинам стенок и типам резьбовых соединений обеспечивает надёжность конструкции скважины.
Отказ от ответственности: Статья носит ознакомительный характер. Автор не несёт ответственности за решения, принятые на основании представленной информации. Расчёт должен выполняться квалифицированными специалистами по актуальным нормативным документам.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.