Вибір видів тампонажних матеріалів, Розрахунок тампонування експлуатаційної колони - Закінчування свердловин

Враховуючи густину тампонажного розчину, а також пластові тиск і температуру, згідно [1] приймаємо ПЦТ ІІ-100 з вапняно-кремнезамистими добавками, які підвищують термостійкість цементу до 120 °С.

Розрахунок тампонування експлуатаційної колони

Оскільки колона спускається двома секціями, то розрахунок проводиться для кожної секції окремо.

Розрахунок цементування нижньої частини експлуатаційної колони.

Для подальших розрахунків складемо набір вихідних даних:

    1. Глибина свердловини - НСв = 3500 м; 2. Висота цементного стакана - hЦс = 30 м; 3. Густина тампонажного розчину - сТр = 1820 кг/м3; 4. Густина цементу - сЦ = 3080 кг/м3; 5. Густина протискувальної рідини - сП = 1190 кг/м3; 6. Густина промивальної рідини - сПр = 1190 кг/м3; 7. Водоцементне відношення - w = 0,5; 8. Зовнішній діаметр експлуатаційної колони - DЕк = 139,7 мм; 9. Внутрішній діаметр експлуатаційної колони - dЕк = 121,3 мм; 10. Зовнішній діаметр бурильних труб - DБк = 127 мм; 11. Внутрішній діаметр бурильної колони - dБк = 107 мм; 12. Внутрішній діаметр попередньої проміжної колони - dПр = 198,7 мм; 13. Глибина спуску проміжної колони - НПр = 2030 м; 14. Глибина стиковки секцій (глибина спуску бурильних труб) - НСт = 1930 м; 15. Коефіцієнт кавернометрії - КV = 1,2; 16. Діаметр долота - DД = 190,5 мм.

На рисунку 5.2 наведено схему для розрахунку цементування нижньої частини експлуатаційної колони.

схема для розрахунку цементування нижньої частини експлуатаційної колони

Рисунок 5.2 - Схема для розрахунку цементування нижньої частини експлуатаційної колони

Розрахунок необхідної кількості матеріалів.

Визначаємо необхідний об'єм тампонажного розчину за формулою:

Де - площа поперечного перерізу кільцевого простору в незакріпленому інтервалі, м2;

- площа поперечного перерізу кільцевого простору в закріпленому інтервалі, м2;

- площа поперечного перерізу експлуатаційної колони в інтервалі встановлення цементного стакану, м2.

Тоді за формулою (5.14):

Визначаємо необхідну кількість сухого цементу за формулою:

Де - коефіцієнт, що враховує втрати цементу при завантаженні у змішувальні машини і приготуванні розчину, .

Отже:

Знайдемо необхідну кількість води для приготування тампонажного розчину:

Визначаємо необхідний об'єм протискувальної рідини:

Де - об'єм протискувальної рідини всередині експлуатаційної колони, м3;

- об'єм протискувальної рідини всередині бурильної колони, м3.

Де - коефіцієнт стиснення рідини,

Де - площа внутрішнього перерізу бурильної колони, м2.

Тоді:

Тоді за формулою (5.17):

Вибір типу цементувального агрегату.

Цементувальний агрегат вибираємо за тиском на цементувальній головці в кінці процесу цементування:

Де - тиск, що виникає внаслідок різниці статичних тисків рідин в колоні і за колоною, Па;

- тиск, який необхідний для компенсування гідравлічних втрат, Па.

Де - узагальнений коефіцієнт гідравлічних втрат у трубах.

Для бурильної колони:

Де хТ1 - швидкість руху рідини в колоні, м/с.

Тоді:

Для експлуатаційної колони:

Підставимо отримані величини в формулу (5.22):

Отже:

За кінцевим тиском вибираємо цементувальний агрегат ЦА-320М, у якого при діаметрі втулок 127 мм тиск становить РЦа = 18,2 МПа [2].

Встановлення режиму закачування тампонажного розчину.

Виписуємо характеристику цементувального агрегату ЦА-320М.

Таблиця 5.1 - Подача і тиск, які розвиває цементувальний агрегат

Передача

Діаметр втулок 115 мм

Тиск, МПа

Подача, м3/с

ІІ

18,2

0,0052

ІІІ

9,5

0,0098

IV

6,1

0,0152

V

4,0

0,023

Для визначення початкової швидкості, при якій починаємо закачування тампонажного розчину, порівнюємо з тисками, які розвиває цементувальний агрегат.

Оскільки МПа < МПа, то весь об'єм тампонажного розчину закачуємо на V передачі.

Встановлення режиму протискування тампонажного розчину.

Визначимо константи цементування, для цього на рисунку 5.3 приведемо розрахункову схему.

схема для розрахунку констант цементування

Рисунок 5.3 - Схема для розрахунку констант цементування

Де - висота стовпа тампонажного розчину в момент коли його рівні в колоні і за колоною збігаються, м;

- віддаль від устя до перерізу свердловини в момент, коли рівні цементу в колоні і за колоною збігаються, м;

- коефіцієнт, який показує на скільки метрів знижується рівень тампонажного розчину в колоні при збільшенні тиску на 1 МПа, м/МПа;

- середня площа поперечного перерізу кільцевого простору, м2.

Тоді:

Визначаємо висоти стовпів протискувальної рідини, що закачується на різних передачах.

Робимо перевірку за сумою висот стовпів притискувальної рідини:

Розраховуємо об'єми протискувальної рідини, що закачується на різних передачах.

Оскільки висота стовпа протискувальної рідини, що закачується на V передачі знаходиться в експлуатаційній і допускній колонах, то об'єм знаходимо окремо для кожної колони.

Для експлуатаційної колони:

Де - висота протискувальної рідини всередині експлуатаційної колони, .

Для допускної бурильної колони.

Робимо перевірку за сумою об'ємів протискувальної рідини:

Обчислення часу на виконання операції тампонуванняз використанням одного цементувального агрегату.

Де, , , - час роботи агрегату на відповідній передачі, хв.;

- час на промивання лінії, закладення і звільнення протискувальних пробок, закачування останньої порції протискувальної рідини на найнижчій передачі,

Час роботи агрегату на відповідній передачі знаходимо за формулою:

Де - продуктивність цементувального агрегату на відповідній передачі, м3/с (таблиця 5.1).

Отже:

Обчислення необхідної кількості техніки для виконання операції тампонування.

Спочатку розраховуємо необхідну кількість цементувальних агрегатів:

А) за часом загуснення тампонажного розчину:

Де - час початку загуснення тампонажного розчину,

Б) з умови забезпечення необхідної швидкості підйому тампонажного розчину в кільцевому просторі:

Отже, приймаємо 2 агрегати ЦА-320М.

Визначаємо необхідну кількість цементозмішувальних машин з умов:

А) за місткістю бункера:

Де - місткість бункера цементозмішувальної машини, для машини 2СМН-20 .

Б) за продуктивністю:

Де - сумарна продуктивність всіх агрегатів при роботі на максимальній передачі, м3/с;

- максимальна продуктивність однієї цементозмішувальної машини, [2].

Отже, приймаємо 4 машини 2СМН-20.

Оскільки n < m, то кількість цементувальних агрегатів приймаємо:

Уточнення часу на виконання операції тампонування.

Визначимо загальний час цементування за умови роботи прийнятої кількості цементувальних агрегатів:

Розрахунок цементування верхньої частини експлуатаційної колони.

Для подальших розрахунків складемо набір вихідних даних:

    1. Глибина спуску верхньої частини експлуатаційної колони - Н= 1930 м; 2. Висота цементного стакана - hЦс = 20 м; 3. Густина тампонажного розчину - сТр = 1820 кг/м3; 4. Густина цементу - сЦ = 3080 кг/м3; 5. Густина протискувальної рідини - сП = 1190 кг/м3; 6. Водоцементне відношення - w = 0,5; 7. Внутрішній діаметр експлуатаційної колони - dЕк = 121,3 мм; 8. Внутрішній діаметр попередньої проміжної колони - dПр = 198,7 мм;

На рисунку 5.4 наведено схему для розрахунку цементування верхньої частини експлуатаційної колони.

схема для розрахунку цементування верхньої частини експлуатаційної колони

Рисунок 5.4 - Схема для розрахунку цементування верхньої частини експлуатаційної колони

Розрахунок необхідної кількості матеріалів.

Визначаємо необхідний об'єм тампонажного розчину за формулою:

Тоді за формулою (5.46):

Приймаємо

Визначаємо необхідну кількість сухого цементу за формулою (5.14):

Знайдемо необхідну кількість води для приготування тампонажного розчину (формула 5.15):

Визначаємо необхідний об'єм протискувальної рідини:

Де - середня площа внутрішнього перерізу експлуатаційної колони, м2.

Де - внутрішній середньоквадратичний діаметр експлуатаційної колони, м2.

Тоді:

Вибір типу цементувального агрегату.

Цементувальний агрегат вибираємо за результатом розрахунку формули (5.21). Спочатку знайдемо величини елементів формули.

Для закріпленого інтервалу свердловини в інтервалі встановлення експлуатаційної колони діаметром 140 мм:

Для експлуатаційної колони:

Тоді:

Підставимо отримані величини в формулу (5.51):

Отже:

За кінцевим тиском вибираємо цементувальний агрегат ЦА-320М, у якого при діаметрі втулок 127 мм тиск становить РЦа = 18,2МПа [2].

Встановлення режиму закачування тампонажного розчину.

Виписуємо характеристику цементувального агрегату ЦА-320М.

Таблиця 5.2 - Подача і тиск, які розвиває цементувальний агрегат

Передача

Діаметр втулок 115 мм

Тиск, МПа

Подача, м3/с

ІІ

18,2

0,0052

ІІІ

9,5

0,0098

IV

6,1

0,0152

V

4,0

0,023

Для визначення початкової швидкості, при якій починаємо закачування тампонажного розчину, порівнюємо з тисками, які розвиває цементувальний агрегат.

Оскільки МПа < МПа, то закачування всього об'єму тампонажного розчину проводимо на V передачі.

Встановлення режиму протискування тампонажного розчину.

Визначимо константи цементування, для цього на рисунку 5.5 приведемо розрахункову схему.

схема для розрахунку констант цементування

Рисунок 5.5 - Схема для розрахунку констант цементування

Константи цементування розраховуємо за формулами (5.26):

Визначаємо висоти стовпів протискувальної рідини, що закачується на різних передачах.

Робимо перевірку за сумою висот стовпів притискувальної рідини:

Розраховуємо об'єми протискувальної рідини, що закачується на різних передачах.

Робимо перевірку за сумою об'ємів протискувальної рідини:

Обчислення часу на виконання операції тампонуванняз використанням одного цементувального агрегату.

Час роботи агрегату на відповідній передачі знаходимо за формулою (5.40):

Отже:

Обчислення необхідної кількості техніки для виконання операції тампонування.

Спочатку розраховуємо необхідну кількість цементувальних агрегатів:

А) за часом загуснення тампонажного розчину (формула 5.41):

Б) з умови забезпечення необхідної швидкості підйому тампонажного розчину в кільцевому просторі (формула 5,42):

Отже, приймаємо6 агрегати ЦА-320М.

Визначаємо необхідну кількість цементозмішувальних машин з умов:

А) за місткістю бункера (формула 5.43):

Б) за продуктивністю (формула 5.44):

Отже, приймаємо 7 машини 2СМН-20.

Оскільки n < m, тоді:

N = m+1=7 + 1 = 8

Уточнення часу на виконання операції тампонування.

Визначимо загальний час цементування за умови роботи прийнятої кількості цементувальних агрегатів за формулою (5.45):

Результати розрахунків заносимо в таблицю 5.3.

Таблиця 5.3 - Результати розрахунку тампонування експлуатаційної колони

Параметр

Нижня секція

Верхня секція

Густина тампонажного розчину, кг/м3

1820

1820

Об'єм тампонажного розчину, м3

30

30,6

Маса цементу, кг

38220

38984

Водоцементне відношення

0,5

0,5

Об'єм води, м3

19,1

19,5

Об'єм протискувальної рідини, м3

37

23,1

Тиск на устьовій цементувальній голівці у кінці тампонування, Па

12,4

15,1

Кількість цементувальних агрегатів, шт

5

8

Кількість цементозмішувальних машин, шт

4

7

Час тампонування, хв

30

47

Похожие статьи




Вибір видів тампонажних матеріалів, Розрахунок тампонування експлуатаційної колони - Закінчування свердловин

Предыдущая | Следующая