Технологический режим цементирования скважины

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 9Следующая ⇒

Расчёт режимов закачки растворов начинают с построения графика изменения давлений на цементировочной головке в зависимости от суммарного объёма закаченных растворов. График строится по трём характерным точкам, между которыми изменение давления на цементировочной головке с некоторой долей условности считают линейным. Это точка начала закачки тампонажного раствора в обсадную колонну, в которой давление на цементировочной головке равно сумме гидравлических сопротивлений в колонне и кольцевом пространстве, точка, соответствующая моменту прихода тампонажного раствора на забой, когда давление на цементировочной головке минимально и точка в конце продавки тампонажного раствора, в которой давление на цементировочной головке максимально.

Точка 0. Давление на цементировочной головке в момент начала закачки тампонажного раствора в обсадную колонну Р⁰_Ц (в МПа) равна сумме гидравлических сопротивлений в секциях обсадной колонны Р⁰_Т и Р⁰_К, которые рассчитывают по формулам, аналогичным формулам (16) и (17):

Р⁰_Ц = Р⁰_Т + P⁰_К (2.103)

Определяем гидравлические сопротивления в трубах Р⁰_Т (МПа) для этого случая: Р⁰_Т = Σ Р_Тⁱ

P_Тⁱ = 8, 11× λ _Т× ρ _БР× Q²_МАКС× Lⁱ / d⁵_ОКⁱ

P_Т¹ = 8, 11× λ _Т× ρ _Б.Р.× Q²_МАХ × L¹ / d⁵_ОК¹ = 8, 11× 0, 02× 1, 10× 40²× 374/15, 7⁵ =

= 106755, 5/953889, 9 = 0, 11 МПа;

P_Т² = 8, 11× λ _Т× ρ _Б.Р.× Q²_МАХ× L² / d⁵_ОК² = 8, 11× 0, 02× 1, 10× 40²× 441/15, 94⁵ =

= 125893, 2/1029062, 1 = 0, 12 МПа;

P_Т³ = 8, 11× λ _Т × ρ _Б.Р. × Q²_МАХ × L³ / d⁵_ОК³ = 8, 11× 0, 02× 1, 10× 40²× 770/16, 16⁵ =

= 219813, 4/1102063, 9 = 0, 2 МПа;

P_Т⁴ = 8, 11× λ _Т × ρ _Б.Р. × Q²_МАХ × L⁴ / d⁵_ОК⁴ = 8, 11× 0, 02× 1, 10× 40²× 616/16, 4⁵ =

= 175850, 8/1186367, 5 = 0, 15 МПа;

P_Т⁵ = 8, 11× λ _Т × ρ _Б.Р.× Q²_МАХ × L⁵ / d⁵_ОК⁵ = 8, 11× 0, 02× 1, 10× 40²× 378/16, 16⁵ =

= 107908, 4/1102063, 9 = 0, 10 МПа;

P_Т⁶ = 8, 11× λ _Т × ρ _Б.Р.× Q²_МАХ × L⁶ / d⁵_ОК⁶ = 8, 11× 0, 02× 1, 10× 40²× 315/15, 94⁵ =

= 89923, 68/1029062, 1 = 0, 09 МПа;

P_Т⁷ = 8, 11× λ _Т × ρ _Б.Р.× Q²_МАХ × L⁷ / d⁵_ОК⁷ = 8, 11× 0, 02× 1, 10× 40²× 81/15, 7⁵ =

= 23123, 2/953889, 9 = 0, 024 МПа;

Находим суммарное значение гидравлических сопротивлений внутри обсадной колонны:

P^Σ⁰_Т = P_Т¹ + P_Т² + P_Т³ + P_Т⁴ + P_Т⁵ + P_Т⁶ + P_Т⁷ = 0, 11 + 0, 12 + 0, 2 +

+ 0, 15 + 0, 10 + 0, 09 + 0, 024 = 0, 794 МПа;

Определяем гидравлические сопротивления в затрубном пространстве, МПа;

P⁰_К = 8, 11 λ _КQ²_МАКС × ρ _БР × { (L – l) / [(D_СКВ – D_ОК )³(D_C_КВ + D_ОК)²] + l / [(d_КОН –

– D_ОК )³(d_КОН + D_ОК)²]}

P⁰_К = 8, 11× 0, 035× 40²× 1, 10× [(2121/((1, 1× 24, 45 – 17, 78)³× (1, 1× 24, 45 + 17, 78)²) + +831/(25, 89 – 17, 78)³× (25, 89 + 17, 78)²] = 499, 6× (2121/(757, 3× 1995, 9) + +831/(533, 41× 1907, 1)) = 499, 6× (0, 0014 + 0, 00082) = 1, 11 МПа

Рассчитаем давление на цементировочной головке в момент начала закачки тампонажного раствора в обсадную колонну:

Р⁰_Ц = 0, 794 + 1, 11 = 1, 904 МПа

Точка 1. Рассчитаем теперь давление, которое возникает на цементировочной головке в момент прихода тампонажной смеси на забой, Р¹_Ц (в МПа):

Р¹_Ц = ∆ P¹_ГС+ P¹_Т+ P¹_К(2.104)

где ∆ P¹_ГС- максимальная ожидаемая разность гидростатических давлений в затрубном пространстве и в трубах на момент прихода тампонажной смеси на забой, МПа (эта величина отрицательна);

P¹_Т,P¹_К - гидравлические сопротивления соответственно в трубах и в затрубном пространстве, МПа;

∆ P¹_ГС можно рассчитать по формуле:

∆ P¹_ГС = 0, 001× g× L¹× (ρ _БР – ρ _ТР), (2.105)

где L¹ - глубина скважины по вертикали, м;

g - ускорение свободного падения, g = 9, 81 м/с²;

ρ _БР - плотность бурового раствора, г/см³(плотность буферного раствора принимается равной плотности бурового раствора);

V_ОБ.ТР – объём, занимаемый аэрированной тампонажной смесью, V_ТР = 81 м³;

V_ОК= π × d²_ОК× L / 4, (2.106)

где L – длина обсадной колонны, L = 2975 м;

d_ОК– средневзвешенный внутренний диаметр обсадной колонны, d_ОК= 0, 1606 м;

V_ОК= (3, 14× 0, 1606²× 2975 )/ 4 = 60, 2 м³,

следовательно ρ _ТР = ρ _АЭР.ТР. (ρ _АЭР.ТР – плотность аэрированного тампонажного раствора, г/см³), так как V_ОБ.ТР = 81 м³> V_О.К. = 60, 2 м³.

Определяем ∆ P¹_ГС:

∆ P¹_ГС = 0, 001× 9, 81× 2700× 1, 1 – Р_{АЭР.Т.Р.} = 29, 1 – 18, 31 = -10, 8 МПа

Определяем гидравлические сопротивления в трубах Р¹_Т (МПа) для этого случая:

Р¹_Т = Σ Р_Тⁱ

P¹_Тⁱ = 8, 11× λ _Т× ρ ⁱ × Q²_МАКС× Lⁱ / d⁵_ОКⁱ;

где λ _Т - коэффициент гидравлических сопротивлений внутри обсадной колонны, для практических расчетов принимается равный 0, 02;

d_ОК - внутренний диаметр участков обсадных труб, см;

L- длина обсадной колонны, м.

ρ ⁱ = ρ _АЭР.ТР. – плотность аэрированного тампонажного раствора (г/см³),

Lⁱ – длина секций обсадной колонны, м;

d_ОКⁱ – внутренние диаметр секций обсадной колонны, см.

Определяем гидравлические сопротивления внутри каждой секции обсадной колонны:

P_Т¹ = 8, 11× λ _Т × ρ _ОБ.ТР. × Q²_МАХ × L¹ / d⁵_ОК¹ = 8, 11× 0, 02× 1, 50× 40²× 374/15, 7⁵ = 406581, 31/953889, 9 = 0, 326 МПа;

P_Т² = 8, 11× λ _Т × ρ _ОБ.ТР. × Q²_МАХ × L² / d⁵_ОК² = 8, 11× 0, 02× 1, 50× 40²× 506/15, 94⁵ = =586125, 76/1029062, 1 = 0, 472 МПа;

P_Т³ = 8, 11× λ _Т × ρ _ОБ.ТР. × Q²_МАХ × L³ / d⁵_ОК³ = 8, 11× 0, 02× 1, 50× 40²× 770/16, 16⁵ = =1117809, 01/1102063, 9 = 0, 886 МПа;

P_Т⁴ = 8, 11× λ _Т × ρ _ОБ.ТР. × Q²_МАХ × L⁴ / d⁵_ОК⁴ = 8, 11× 0, 02× 1, 50× 40²× 616/16, 4⁵ = =388047, 69/1186367, 5 = 0, 127 МПа;

P_Т⁵ = 8, 11× λ _Т × ρ _ОБ.ТР. × Q²_МАХ × L⁵ / d⁵_ОК⁵ = 8, 11× 0, 02× 1, 50× 40²× 378/16, 16⁵ = =442490, 2/1102063, 9 = 0, 354 МПа;

P_Т⁶ = 8, 11× λ _Т × ρ _ОБ.ТР. × Q²_МАХ × L⁶ / d⁵_ОК⁶ = 8, 11× 0, 02× 1, 50× 40²× 315/15, 94⁵ = =367197, 36/1029062, 1 = 0, 243 МПа;

P_Т⁷ = 8, 11× λ _Т × ρ _ОБ.ТР. × Q²_МАХ × L⁷ / d⁵_ОК⁷ = 8, 11× 0, 02× 1, 50× 40²× 81/15, 7⁵ = =111201, 73/953889, 9 = 0, 081 МПа;

Находим суммарное значение гидравлических сопротивлений внутри обсадной колонны:

P^Σ¹_Т = P_Т¹ + P_Т² + P_Т³ + P_Т⁴ + P_Т⁵ + P_Т⁶ + P_Т⁷ = 0, 326 + 0, 472 + 0, 886 + 0, 127 + +0, 354 + 0, 243 + 0, 081 = 2, 50 МПа;

Определяем гидравлические сопротивления в затрубном пространстве, МПа;

P¹_К = 8, 11× λ _К × Q²_МАКС × {ρ _{СР.ВЗВ.СТ.} × (L – l) / [(k× D_СКВ – D_ОК )³× (k× D_C_КВ + +D_ОК)²]+ ρ _БР× l / [(d_КОН – D_ОК )³× (d_КОН + D_ОК)²]} = 8, 11× 0, 035× 40²× [((1, 05× 209 + +1, 10× 1921)/2121)× 2121)/((1, 1× 24, 45 – 17, 78)³× (1, 1× 24, 45 + 17, 78)²) + +1, 1× 831/(25, 89 – 17, 78)³× (25, 89 + 17, 78)²] = 454, 1× (2380, 72/(2210, 72× 2360, 7) + +939, 03/(533, 41× 1907, 1)) = 454, 1× (0, 00028 + 0, 00092) = 1, 24 МПа

Рассчитаем теперь давление, которое возникает на цементировочной головке в момент прихода тампонажной смеси на забой, Р¹_Ц (в МПа):

Р¹_Ц = – 10, 8 + 2, 50 + 1, 24 = – 7, 1 МПа

Точка 2. Максимальное давление на цементировочной головке, без учёта давления «Стоп» в конце продавки тампонажной смеси Р²_Ц может быть найдено по формуле:

Р²_Ц = Р_ЦГ – Р_СТ (2.108)

Р²_Ц = 7 – 3 = 4 МПа

Следующий этап – определение суммарных закачанных объёмов Σ V в скважину при цементировании (абсциссы графика). Эти объёмы рассчитывают без учёта закачки буферной жидкости.

На момент начала закачки тампонажного раствора объём Σ V⁰ равен: Σ V⁰ = 0

В момент прихода тампонажного раствора на забой Σ V¹ равен внутреннему объёму обсадной колонны V_ОК: Σ V¹ = V_ОК= 60, 2 м³;

В конце продавки тампонажного раствора Σ V² равен сумме объёмов тампонажного раствора V_ТР и продавочной жидкости V_ПР:

Σ V² = V_ТР + V_ПР = 81+14, 9 + 61 = 156, 9 м³

По полученным данным строим график изменения давления на цементировочной головке.

Вычисляем время закачки и продавки тампонажного раствора t_З_i(мин) на различных передачах:

t_З_i = V_i / (q_i× n), (2.109)

где q_i- производительность закачки и продавки тампонажного раствора и продавочной жидкости в обсадную колонну на i передаче, л/с;

n – число цементировочных агрегатов, участвующих в продавке;

V_i – объём, закачиваемый на i ой передаче, м³.

Вычисляем время закачки и продавки на 5 передаче:

Δ t_{З. 1} = V₂ / (q₅× n);

где V₂ = 156, 9 м³ (исходя из рис. 5.5.1);

q₅ – производительность закачки и продавки тампонажного раствора в обсадную колонну на 5 передаче, q₅ = 20л/сек (табл. 5.4.1);

n = 2

Δ t_{З. 1} = 154, 9× 10³/(20× 2) = 3872, 5 сек

Рисунок 2.5.7 - График изменения давления на цементировочной головке в процессе цементирования.

В связи с тем, что продавку последних 2 м³ необходимо производить на минимальной передаче одним агрегатом рассчитаем затраченное на это время:

Δ t_{З. 2} = V₂ / (q₂× n),

где q₂- производительность продавки тампонажного раствора в обсадную колонну на 2 – ой передаче, q₂= 4, 9 л/с;

V₆ = 2 м³

n = 1

Δ t_{З. 6} = 2× 10³/4, 9 = 408 сек,

Находим суммарное время затворения Δ t_З:

Δ t_З = 408+ 3872, 5 = 4280, 5 сек = 71, 3 мин

Δ t_З ≤ 0, 75 × t_ЗАГ,

t_ЗАГ – время начала загустевания тампонажного раствора, определяемое консистометром, мин (для ПЦТ – I – 100 равно 105 мин);

15 мин – дополнительное время, необходимое для вывода цементосмесительной машины на режим, освобождения продавочной пробки и получения сигнала «Стоп».

71, 3 мин < 0, 75× 105 = 78, 75 мин

условие выполняется

Рассчитывается также число агрегатов, задействованных в закачке буферной жидкости, по формуле:

n_БЖ = V_БЖ / V_МБ, (2.110)

где V_БЖ – объём буферной жидкости, V_БЖ = 6, 28 м³;

V_МБ – объём мерных баков, V_МБ = 6 м³.

n_БЖ = 6, 28/6 = 1, 04 ≈ 1

Время закачки буферной жидкости t_БЖ определяем по формуле:

t_БЖ = V_БЖ / (q_МАКС × n_БЖ), (2.111)

где V_БЖ – объём буферной жидкости, м³;

q_МАКС- производительность закачки раствора в обсадную колонну одним цементировочным агрегатом в режиме ускоренной закачки л/с.

t_БЖ = 6, 28× 10³/(20× 1) = 314 сек = 5, 23 мин

Определяется производительность компрессора для приготовления аэрированного раствора:

Q = V_АЭР/ t_АЭР; Q = 62, 5/26 = 2, 4 м³/мин

Для приготовления аэрированного раствора проектируется использовать самоходный компрессор типа ПКСА-5/101 (Q = 5 м³/мин, Р = 10 МПа) и два аэратора.

По результатам расчёта количества и выбора цементировочной техники разрабатывается технологическая схема обвязки цементировочного оборудования.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 Следующая ⇒