Розрахунок цементування експлуатаційної колони

Розрахунок витрат матеріалів

Розрахуємо обсяги та кількість матеріалів для приготування цементних розчинів.

Об'єм полегшеного цементного розчину:

Приймемо, що для приготування цементного полегшеного розчину використовується глиноцементна суміш (гельцемент) із застосуванням бентонітового глинопорошка при водосумішовому відношенні 0,7.

Тоді кількість глиноцементної суміші необхідної для приготування 1 м 3 полегшеного цементного розчину визначиться як:

q= rоцр/(1 +m) = 1570/(1 + 0,7) = 923,5 кг/м 3

Кількість тампонажної суміші для приготування всього об'єму полегшеного цементного розчину:

Об'єм води для приготування полегшеного цементного розчину:

Об'єм цементного розчину нормальної щільності:

Витрата цементу для приготування 1 м 3 цементного розчину (при водоцементному відношенні 0,5):

Кількість цементу для приготування розрахункового обсягу цементного розчину:

Об'єм води для виготовлення цементного розчину нормальної щільності:

Об'єм продавочної рідини складе:

Оскільки вважається, що для забезпечення надійного поділу бурового та тампонажного розчинів у процесі цементування необхідно створювати у затрубному просторі стовп буферної рідини заввишки не менше 150-200 м, приймаємо висоту стовпа буферної рідини 200 м. Обсяг буферної рідини складе:

Гідравлічний розрахунок цементування

Для вибору типу цементувальних агрегатів розрахуємо максимальний тиск на гирлі свердловини в кінці цементування, його гідростатичну та гідродинамічну складові.

Гідростатична складова тиску на гирлі наприкінці цементування:

= 10 -6 × 10[(1570 - 1240)(2400-0) + (1810 - 1240)(2700 - 2400- 10)] = 9,573 МПа

Сумарна продуктивність цементувальних агрегатів, що беруть участь у продавці цементного розчину для забезпечення турбулентного режиму перебігу рідини в затрубному просторі (wкп = 1,8 м/с) повинна становити:

Втрати тиску в трубах та кільцевому просторі становитимуть:

РТР = 0,826lтρпрLQ2 10 - 6 /DВСР 5 = 0,826 × 0,025 × 1240 × 2700 × 0,0288 2 × 10 - 6 /0,133 5 = 1,38 МПа

= 0,826 × 0,035 × 1596.6 × 2700 × 0,0288 2 × 10 - 6 / [(1,05 × 0,1905 – 0,140) 3 × (1,05 × 0,1905 + 0,140) 2] = 4,14 МПа

ρцр порівн = (1570 ×2400 + 1810 ×300)/2700 = 1596,6 кг/м 3

Гідродинамічна складова тиску на гирлі (приймемоРОБ = 0,5 МПа):

Максимальний тиск на гирлі в кінці цементування становитиме:

За величиною цього тиску вибираємо тип цементувальних агрегатів – ЦА 320.

Можливі режими роботи ЦА 320 для подоланняРМАХ

Номер режиму	Діаметр втулок, мм	№ швидкості (передачі)	Тиск, що розвивається, МПа (РЦА)	Продуктивність, м 3 /с (qца)
III	0,0048
II	0,0032
II	0,0043

Виходячи з аналізу даних табл., за максимальною продуктивністю цементувального агрегату для закачування продавочної рідини в кінці цементування приймаємо режим №1.

Кількість ЦА, що беруть участь у продавці цементного розчину, визначиться з виразу:

Відповідно до прийнятого типу цементувального агрегату вибираємо тип цементозмішувальних машин - 2СМН-20, т.к. водоподавальний насос для приготування цементного розчину знаходиться на ЦА 320, а на машині змішувальної 2СМН-20 його немає.

Кількість змішувальнихмашин для розміщення глиноцементної суміші:

Кількість змішувальних машин для розміщення цементу:

На підставі проведених розрахунків приймаємо наступну схему обв'язування цементувальної техніки:

- на приготуванні та закачуванні полегшеного цементного розчину - 3 змішувача та 3 ЦА 320.;

- на приготуванні та закачуванні цементного розчину нормальної щільності – 1 змішувач та 1 ЦА 320;

- на закачуванні продавочної рідини - 6 ЦА 320;

- на продавці та посадці розділової пробки – 1 ЦА 320.

Загальна кількість цементувальної техніки: 2СМН 20 - 4 шт, ЦА 320. - 6 шт.

Розрахунок тривалості цементування

На початку закачування цементного розчину колону ЦА долають лише гідравлічні опори в трубах і кільцевому просторі. Розглянемо можливість роботи ЦА при закачуванні полегшеного цементного розчину IV швидкості (qцаIV = 0,0086 м 3 /с). Для цього розрахуємо гідравлічні опори:

РТР = 0,826lтρпрLQ2 10 - 6 /DВ 5 = 0,826 × 0,025 × 1240 × 2700 × (3 × 0,0086) 2 × 10 - 6 /0,133 5 = 1,1 МПа

=0,826×0,025×1596,6 × 2700 × (3 × 0,0086) 2 × 10 - 6 /[(1,05×0,1905 - 0,140) 3 (1,05×0,1905+ 0,140) 2 ] = 2,37 МПа

Гідродинамічна складова тиску на гирлі (приймемоРОБ = 0,5 МПа):

Цей тиск агрегат ЦА 320 долає IV швидкості при діаметрі втулки 100 мм (РЦА = 9 МПа). Тому приймаємо, що закачування всього об'єму цементних розчинів буде проводитись на IV швидкості.

Тоді час закачування полегшеного цементного розчину складе:

Час накачування цементного розчину нормальної щільності:

Загальний час накачування цементних розчинів складе:

Продавка цементного розчину в затрубнепростір (закачування продавочної рідини) зазвичай починається тієї ж швидкості роботи цементувальних агрегатів, де здійснювалася закачування в обсадну колону. У міру виходу цементного розчину в затрубний простір тиск на гирлі свердловини зростає і агрегати доводиться перемикати на знижену швидкість роботи.

Визначимо глибину, на яку може бути закачана продавочна рідина в обсадну колону під час роботи ЦА на IV швидкості:

0,025×2700 10 6×0,025(9 – 4) 2700×0,02 – 48,63

0,02 + 0,025 10 (0,02 + 0,025) (1810-1240) 0,02 + 0,025

Об'єм продавочної рідини, що закачується на IV швидкості:

Приймемо обсяг продавочної рідини, що закачується під час посадки розділової пробки на «стоп» кільце рівним 1,5 м 3 .

Тоді обсяг продавочної рідини, що закачується на III швидкості, складе:

Час накачування продавочної рідини:

- на III швидкості:

при посадці продавочної пробки:

Загальний час продавки складе:

Загальний час цементування експлуатаційної колони:

Отже, тривалість цементування відповідає вимогам правил безпеки.

Перевірка стовбура свердловини на гідророзрив

У розрахунках цементування необхідно також перевірити ствол свердловини на гідророзрив. Перевірці повинен підлягати найбільш слабкий гідророзрив пласт, наявний у відкритому стовбурі. У цьому прикладі найбільш слабкий пласт по ГРП перебуває в глибині 2625 м, тиск ГРПРГРП = 41,5 МПа.

Найбільший тиск на стінки свердловини (РС) виникає під час закінчення підйому цементного розчину в затрубному просторі на задану висоту.

Гідростатична складова тиску:

Гідродинамічна складова тиску:

=0,826×0,035×1570 ×2625 × (3 × 0,0086) 2 × 10 - 6 / [(1,05 × 0,1905 - 0,140) 3 (1,05 × 0,1905 + 0,140) 2] = 3,17 МПа

Тиск у свердловині на найслабший продуктивний пласт складе:

Допустимий тиск на пласт:

З наведеного розрахунку випливає, що в процесі цементування тиск у свердловині у пласта більше допустимого, отже, відбуватиметься гідророзрив пласта та поглинання цементного розчину. Необхідно переглянути технологію цементування або розглянути можливість застосування полегшених розчинів тампонажів. У цих умовах можуть бути передбачені заходи щодо зміцнення стінок свердловини в ході підготовки стовбура до спуску і цементування обсадної колони (кольматація, хімобробка, механічні та інші засоби).

---