Гидравлический расчет цементирования

Гидравлический расчет цементирования обсадных колонн преследует цель: определение необходимой суммарной производительности цементировочных агрегатов Q из условия обеспечения максимально возможной скорости восходящего потока бурового и тампонажного растворов в затрубном пространстве ; допустимого давления на цементировочной головке Р₁ и забое скважины Р₃ (в интервале пласта с наименьшим градиентом гидроразрыва); выбора цементировочного оборудования и определения продолжительности процесса с проектируемым режимом цементирования. Принимаются следующие граничные условия:

 

 

где: , – расчетное и допустимое давление на цементировочной головке.

По справочной литературе выбрать цементировочную головку по наружному диаметру обсадной колонны. Например, принимается цементировочная головка ГЦУ – 140 с рабочим давлением 40 МПа (справочник, РД);

, – расчетное и допустимое давление на насосах цементировочных агрегатов. Например, принимается цементировочный агрегат 4АН-700 с максимальным рабочим давлением 70 МПа (справочник, РД);

, – расчетное давление на забое и давление гидроразрыва пород.

 

Производительность цементировочных агрегатов, л/с

 

где: – скорость течения цементного раствора в кольцевом пространстве, м/с.

Если в скважине возможно поглощение, то скорость восходящего потка принимается равной скорости течения бурового раствора в кольцевом пространстве за УБТ в процессе последнего рейса.

Если поверхность поглощения отсутствует, скорость восходящего потока за кондуктором и технической колонной принимается равной не менее 1, 5 м/с, для эксплуатационной колонны не менее 1, 8 – 2, 0 м/с.

Давление на цементировочной головке в конечный момент цементирования, МПа

 

 

где: – давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений, МПа.

 

Для скважин глубиной до 1500 м

Для скважин глубиной более 1500 м

 

, условие выполняется

 

Расчетное давление на цементировочных агрегатах и насосах, МПа

 

 

, условие выполняется

 

Давление на забое в конечный момент цементирования, МПа

 

 

Давление гидроразрыва, МПа

 

 

, условие выполняется

 

В случае невыполнения одного из неравенств следует скорректировать величину скорости восходящего потока и произвести повторный расчет до выполнения заданных условий или провести расчет двухступенчатого цементирования.

 

Требуемое число цементировочных агрегатов

 

 

где q – производительность 1 цементировочного агрегата на i-той скорости (продавливание, как правило, начинается на максимально возможной скорости), л/с.

Полученный результат числа цементировочных агрегатов округляется в большую сторону.

Производительность цементировочного агрегата выбирается по давлению на цементировочной головке в конечный момент цементирования Р₁. (см. рис. 2) Например, Р₁ = 22, 8 МПа, следовательно для цементировочного агрегата 4АН-700 принимается производительность на III скорости q_III = 17, 3 л/с при диаметре втулки 120 мм, а давление P_III = 24 МПа (справочник, РД).

Так как ρ _т.р должна превышать ρ _б.р не менее чем на 200÷ 250 кг/м³, в первый период цементирования давление столба жидкости в колонне может намного превышать давление столба жидкости за колонной. Для поддержания заданного режима продавки необходимо перед цементированием кольцевое пространство скважины герметизировать превентором, а в период продавки следить за тем, чтобы расход жидкости, выходящей из скважины, был равен производительности цементировочных насосов, участвующих в продавке. С этой целью на выкидной линии превентора необходимо устанавливать расходомер.

 

Требуемое число цементносмесительных машин

,

 

где – вместимость бункера цементносмесительной машины м³; – насыпная масса цемента, = 1, 21 т/м³.

Полученный результат числа цементносмесительных машин округляется в большую сторону.

 

Число цементировочных агрегатов при закачке буферной жидкости определяется по справочнику.

Например, вместимость 1-го мерного бака 4АН-700 составляет 6, 5 м³, а расчетный объем буферной жидкости равен V_б.ж. = 10 м³. Принимаем 2 цементировочных агрегата (n₂ = 2).

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться: