تقسیم بندی لولهای محافظ ( casing ) بر اساس طول (فوت)

تقسیم بندی لولهای محافظ ( casing ) بر اساس طول (فوت)

3). تقسیم بندی لوله های محافظ براساس قطر و ضخامت دیواره لوله ها محافظ چاه بر اساس قطر خارجی و ضخامت دیواره یا وزن احمی شان نیز تقسیم می شوند تقسیم بندی API در این تقسیم بندی 74 نوع لوله محافظ با قطر بین 4/1  4 اینچ و ضخامت دیواره لوله بین 205/0 تا 595/0 اینچ و وزن بین 5/9 تا 94 پوند به ازای هر فوت فهرست شده است ( جدول زیر )  

-تاثیر فشار خارجی بر روی لوله های محافظ و نحوه محاسبه آن

وقتی لوله های محافظ ( پوشش جداری ) در داخل چاه قرار می گیرند فشار پشت لوله های محافظ ممکن است از فشار داخل لوله های محافظ زیادتر شود . این حالت به دلایل زیر اتفاق می افتد :

1-             به خاطر فشار سیال داخل طبقات پشت لوله های محافظ

2-   به دلیل وجود آببین دیواره خارجی لوله محافظ و دیواره چاه در هر دو صورت چنانچه اندازه این فشار زیادتر از فشار داخل لوله محافظ گردید فروریختگی یا شکست اتفاق خواهد افتاد . چنانچه فرو ریختگی یا شکست ، دائمی باشد بدان شکست پلاستیکی (PLASTIC FAILURE ) در غیر این صورت آن را شکستگی الاستیکی (ELASTIC FAILURE ) می نامند. توانایی لوله های محافظ در مقابل فشار خارجی بدون آنکه شکست پلاستیکی یا الاستیکی به وجود آید را مقاومت فرو ریختگی می نامند. (COLLAPSE RESISTANCE )

در مورد مقاومت فروریختگی مطالعات وسیعی چه از نظر تئوری و چه از نظر عملی انجام گرفته است. نتیجه این مطالعات دال بر این است که این مقاومت به سه عامل بستگی دارد که عبارتند از :

1). نسبت بین قطر لوله به ضخامت آن DE/T

2). نوع و کیفیت مواد به کار گرفته شده در لوله

3). فشار یا کشش محوری وارده به لوله

کلایندنیست (CLINEDINST ) نشان داده است برای حالتی که فشار خارجی بر روی قطر خارجی لوله های محافظ تاثیر می گذارد (که در همه موارد چنین است ) از معادله ذیل برای شکست الاستیکی می توان استفاده کرد.

Pc=2E/ 1-r2*1/(de/t)[(de/t)-1]2      (1-6)    

که:

E=مودلوس الاستیسیته (PSI ) ، R= نسبت پوئسونز

De= قطر خارجی لوله (اینچ) ، T= ضخامت لوله (اینچ)

Pc= حداقل فشار فرو ریختگی یا شکست PSI

چنانچه در رابطه 6-1 به جای E مقدار 30*10 6PSI (مودولوس الاستیسیته فولاد ) و به جای R مقدار 0.3 قرار داده شوند . حداقل فشار فرو ریختگی یا شکست برای شکست الاستیکی از رابطه ذیل به دست می آید:

Pc= 65.73*10^6 /(DE/T) [(DE/T)-1]2                                   (2-6)

تجربه نشان داده که متوسط فشار فرو ریختگی تقریبا 95 درصد مقدار محاسبه شده با رابطه 6-1 است . و بر اساس شکست پلاستیکی لوله های محافظ به دو گروه تقسیم شده اند:

الف – آنهایی که نسبت DE/T کوچکتر از 14 است که از رابطه ذیل می توان حداقل فشار فرو ریختگی یا شکست را محاسبه کرد.

PC=2YP[(DE/T)-1 /(DE/T)2]               (3-6)                     

که :

YP = متوسط مقاومت تسلیم موادی که در ساخت لوله های محافظ به کار برده شده است

ب)آنهایی که نسبت DE/DT آنها بزرگتر از 14 است که در این شرایط فشار فرو ریختگی یا شکست از رابطه زیر محاسبه می شود:

PB=YP[2.503/(DE/T) -0.046]               (4-6)                         

-              تاثیر فشار داخلی بر روی لوله های محافظ و نحوه محاسبه آن

به هنگام ورود سیالات طبقات به داخل لوله های محافظ چاه لوله های محافظ تحت فشار درونی قرار می گیرند . معمولا در قسمت تحتانی تحت تاثیر فشار بیرونی بزرگتر از فشار درونی است. اما در قسمت های فوقانی رشته لوله محافظ چاه فشار بیرونی تقریبا اغماض و در نزدیکی های سطح نه فشار طبقات وجود دارد نه فشار بیرونی ، در این وضعیت هر گونه فشار درونی اعم از فشار ناشی از سیال درون رشته لوله محافظ چاه یا فشار پمپ در سطح موجب بزرگتر شدن فشار درونی نسبت به فشار بیرونی می شود . این زیادی فشار باعث ایجاد ترک طولی در لوله محافظ چاه می شود . فشار درونی که موجب این شکست در لوله محافظ می شود فشار ترکیدگی (BURSTING PRESSURE ) می گویند. به طور متداول فشار ترکیدگی لوله ها فولادی از فرمول  بارلو (BARLOWS EQUATION ) محاسبه می شود:

PB=2S.T/DE       (5-6)

که:

S= مقاومت کششی فولاد T,(PSI)=ضخامت لوله (اینچ)

DE =قطر خارجی لوله محافظ ،PB=فشار ترکیدگی لوله PSI یا فشاری که نیاز است تا موجب گسیختگی در لوله شود.

شکست واقعی در اجسام وقتی اتفاق می افتد که تنش وارده از مقاومت تسلیم (YIELD STRENGTH) جسم زیادتر باشد و در این حالت است که تغییر شکل دائم در جسم پدید می آید . در حالی که در لوله های محافظ چاه ترک و شکست در فشاری کمتر از تنش که موجب شکست واقعی می شود پدید خواهد آمد و بدین منظور در فرمول بارلو با انتساب حداقل فشار تسلیم درونی به جای فشار ترکیدگی از حداقل مقاومت به جای مقاومت کششی استفاده می شود و از این دو اصطلاح در فرمول استفاده شده است. نکته دیگر در استفاده از فرمول بارلو آن است که به طور تجربی ثابت شده که ضخامت دیواره لوله های محافظ 5/12 درصد از ضخامت خود کمتر است . به عبارت دیگر فشار ترکیدگی یا فشار تسلیم درونی لوله ها محافظ در عمل ممکناست 5/12 درصد کمتراز مقداری باشد که از طریق فرمول بارلو پیش بینی شده است با توجه به توضیحات بالا و اصلاح فرمول بارلو فشار تسلیم درونی برای لوله های محافظ از رابطه ذیل محاسبه می شود .

PI=2Ymt(1-0.125) / de =1.75Ym t/de       (6-6)  

که :

Pi = مینیمم فشار تسلیم درونی Ym, (psi)=مینیمم مقاومت تسلیم psi 

t/de= نسبت ضخامت دیواره لوله محافظ به قطر خارجی لوله محافظ است .

-  تاثیر بار محوری

بار محوری دو تاثیر نا مطلوب در لوله های محافظ چاه دارد:

1-  در جهت طولی موجب تغییر شکل دایم می شود.

2- مقاومت لوله های محافظ (casing ) را در مقاومت فشار بیرونی یا فرو ریختگی می کاهد.