Цементирование нефтяных скважин
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ПО ВАРИАНТУ (берутся из приложения№2 таблицы 2)
Индекс/Размерность
Значение
1
Диаметр скважины
D скв, мм
190
2
Диаметр эксплуатационной колонны
D к, мм
140
3
Толщина стенки труб (сред.)
Д, мм
7
4
Глубина спуска колонны
L, м
3400
5
Высота цементного стакана в колоне
H, м
20
6
Высота подъема цементного раствора от башмака колонны
Н, м
2100
7
Плотность промывочной и продавочной жидкостей
С р, кг/м3
1280
8
Плотность сухого цемента
С ц, кг/м3
3000
9
Водоцементные отношения
M
0,45
10
Коэффициент кавернозности
K V
1,2
11
Скорость в затрубном пространстве
V з. п, м/сек
1,6
12
Структурная вязкость продавочного раствора
З р, мПа*с
19
13
Структурная вязкость цементного раствора
З ц, мПа*с
34
14
Динамическое напряжение сдвига промывочной жидкости
Ф О р
8
15
Динамическое напряжение сдвига цементного раствора
Ф О ц
15
РАСЧЕТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН
Цементирование нефтяных скважин является процессом смешивания суспензии цемента и воды и закачки ее в скважину по стальной эксплуатационной колонне до заданной точки в кольцевом пространстве скважины вокруг колонны или в необсаженном стволе скважины ниже обсадной колонны.
Двумя принципиальными функциями первичного процесса цементирования являются ограничение движения флюидов между пластами и для создания цементного кольца (сцепления) и удержания колонны.
Кроме того, помимо изоляции нефте-, газо - и водопроявляюших зон, цемент также помогает:
- 1) предохранять колонну от коррозии; 2) предотвращать выбросы путем быстрого образования уплотнения (изоляции); 3) предохранять колонну от ударных нагрузок при дальнейшем бурении на большую глубину; 4) изолировать зоны потерь циркуляции или зон поглощения
Определяем средний внутренний диаметр обсадной колонны
DВн=0,140-2?0,007=0,126 м
Где (DК-2*dСр) - внутренний диаметр секции обсадной колонны, м;
L - длина секции, м.
Определяем объем цементного раствора
VЦр = 0,785[(DСкв2 - dН2) ?Н?КV + dВн2?h]
VЦр =0,785[(0,1902 - 0,1402) ?2100?1,2 + 0,1262?20]=32,89 м3
Где Н - высота подъема цементного раствора от "башмака", м;
DВн - внутренний диаметр, м;
DСкв- наружный диаметр труб, м;
H - высота цементного стакана от "башмака" до кольца "стоп", м;
КV- коэффициент, учитывающий увеличение объема ствола скважины за счет каверн, который определяется по каверно-грамме или на основании опыта цементирования скважин в данном районе. Обычно коэффициент равен 1,2 - 2,5.
Определяем количество сухого цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора
=1291кг/м3
Где рСц, рВ - плотности сухого цемента и воды, кг/м3. Для обычных тампонажных цементов плотность сухого цемента 3100 - 3200 кг'м3. Для облегченных цементов плотность может быть различна в зависимости от веса и количества облегчающей добавки.
M - водоцементное отношение, стандартное водоцементное отношение по ГОСТ 1581 - 91 равно 0,5 для обычных тампонажных цементов, для облегченных цементов m может быть различным: от 0.8 до 1,2.
Определяем плотность цементного раствора
PЦ. р = (1+m) ?q
PЦ. р =(1+0,45) ?1291=1872 кг/м3
Определяем количество цемента и воды для приготовления цементного раствора
=32,89?1291=42461 кг
=0,45? 42,461=19,10м3
Определяем количество сухого цемента с учетом потерь при затаривании
QЦт = К1? Q1Ц = 1,02?42461 = 43310 кг
Где К1- коэффициент, учитывающий потерн сухого цемента при затаривании цементосмесительных машин и при приготовлении цементного раствора. К1 = 1,02-1,03.
Определяем количество цементно-смесительных машин
Определяем наибольшее рабочее давление в конце цементирования
РР= Р1+ Р2+ Р3+ Р4 = 12,31+1,35+1,32+6,04 = 21,02 МПа
Где P1 - давление за счет разности плотностей цементного и глинистого растворов, МПа;
Р2 - давление от гидравлических сопротивлений при движении продавочной жидкости в трубах. МПа;
Р3 - давление от гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве. МПа;
Р4 - гидравлических сопротивлений при движении цементного раствора в затрубном пространстве, МПа.
Показатели P1, P2, P3, Р4 определяются следующим образом:
- А) определяем гидростатическое давление за счет разности цементного и глинистого растворов Б) определяем гидравлическое сопротивление при движении продавочной жидкости в трубах
Определяем скорость движения продавочной жидкости в трубах
Здесь VК. п. - скорость движения промывочной жидкости и цементного раствора в затрубном пространстве, м/с. Для качественного цементирования эта скорость должна быть 1.5 - 2,0 м/с для эксплуатационных колонн и 0.8 -1.0 - для промежуточных.
Определяется критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение продавочной жидкости в трубах:
Определяем критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение продавочной жидкости в трубах
В) определяем гидравлическое сопротивление при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве
Определяем критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение промывочной жидкости в затрубном пространстве
Если Re*К. п.р.?1600, то
Где - л2тр коэффициент, характеризующий движение промывочной жидкости в затрубном пространстве, определяется в зависимости от критерия Рейнольдса.
Г) определяем гидравлическое сопротивление при движении цементного раствора в затрубном пространстве:
Определяем критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение цементного раствора в затрубном пространстве
Т. к. Если Re*К. п.ц.?1600, то
=80/1336=0,06
10. Определим максимальное давление при цементировании
PMax= PР+ PСтоп=21,02 + 2 = 23,02 МПа
Где РСтоп- повышение давления при посадке пробки на кольцо "стоп" 1,5 - 2,0 МПа.
Из полученного PMax Видно, что для проведения цементирования можно использовать ЦА-320 М, с диаметрами втулок =100 мм. Технические характеристики представлены в таблице 1
Определяем допустимое время цементирования
TДоп.=0,75-TН. скв.=0,75-105=79 мин
Где ТВ. схв - время начала схватывания цементного раствора.
Определяем время закачивания цементного раствора при гидравлических сопротивлениях в скважине в начальный период цементирования
PГидр.= P2+ P'3 = 1,35+3,45= 4,8 МПа
Где T3 - время закачки цементного раствора;
Т Пр- время продавки цементного раствора.
Для определения времени закачивания цементного раствора необходимо знать гидравлическое сопротивление в скважине в начальный период цементирования.
Определяем гидравлическое сопротивление в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости
При условии РГидр > РА, где РА - давление, развиваемое цементировочным агрегатом на высшей скорости, закачивание цементного раствора следует начинать с более низкой скорости, давление на которой больше гидравлических сопротивлений. На этой скорости следует работать до тех пор, пока гидравлические сопротивления за счет закачивания цементного раствора в трубы не снизятся. Тогда появится возможность работы агрегата на более высокой скорости. Время перехода работы агрегата с более низкой на высшую скорости может быть определено по закачиваемому объему цементного раствора, который, в свою очередь, определяется следующим образом:
РГидр=1,8< РАV=5,0 (таблица 1), то закачивание цементного раствора начинаем на пятой скорости. РА - давление, развиваемое цементировочным агрегатом на высшей скорости, закачивание цементного раствора следует начинать с более низкой скорости, давление на которой больше гидравлических сопротивлений. На этой скорости следует работать до тех пор, пока гидравлические сопротивления за счет закачивания цементного раствора в трубы не снизится.
Определяем время закачивания цементного раствора одним агрегатом
Где qN-1, qN- производительность ЦА на низшей и высшей скоростях, л/с.
Определяем время продавки цементного раствора
А) определяем гидравлическое сопротивление в конце цементирования
Цементирование колонна давление
Р'Гидр.= Р2 + Р3+ Р4=1,35+1,32+6,04 = 8,71 МПа
Б) определяем длину столбов продавочного раствора в трубах, закачиваемые цементировочным агрегатом на различных скоростях:
Для чего определяем коэффициенты a, b,c
Длина столба продавочной жидкости на 4 скорости:
На 3 скорости:
На 2 скорости:
- В) определяем объемы продавочной жидкости, закачиваемые цементным агрегатом на различных скоростях С) определяем время продавки цементного раствора
Определяем общее время цементирования
Т = ТЗ + ТПр = 61+214 =275 мин
Определяем количество цементировочных агрегатов
Так как при цементировании работают четыре цементно-смесительных машины, то необходимо минимально принять два цементировочных агрегата.
Еще необходимо предусмотреть один ЦА для подачи воды и один ЦА как запасной. Итого необходимо 6 ЦА, из них 4 - рабочих
Определяем фактическую скорость восходящего потока цементного раствора при пяти рабочих цементировочных агрегата
Таким образом, для организации процесса цементирования эксплуатационной колонны диаметром 140 мм, спущенной на глубину 3400 м, при подъеме цементного раствора до глубины 2100 м необходимо 43,3 т цемента, 3 СМН-20, количество продавочной жидкости 44,23 м3, плотностью 1280 кг/м3 и 6 ед. цементировочных агрегатов типа ЦА-320 М.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕМЕНТИРОВОЧНЫХ АГРЕГАТОВ
Таблица
№ п. п. |
Варианты |
Индекс, Размер. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
1 |
Диаметр скважины |
D скв, мм |
216 |
216 |
190 |
190 |
216 |
190 |
216 |
216 |
216 |
190 |
216 |
190 |
216 |
216 |
216 |
216 |
2 |
Диаметр эксплуатационной колонны |
D к, мм |
168 |
146 |
140 |
140 |
146 |
140 |
146 |
168 |
168 |
140 |
146 |
140 |
146 |
168 |
168 |
146 |
3 |
Толщина стенки труб (средн.) |
Д, мм |
9 |
8 |
7 |
7 |
8 |
7 |
8 |
9 |
8 |
7 |
8 |
7 |
8 |
8 |
9 |
8 |
4 |
Глубина спуска колонны |
L, м |
2500 |
2700 |
2900 |
3100 |
3300 |
3500 |
2500 |
2600 |
2800 |
3000 |
3200 |
3400 |
3600 |
2800 |
3100 |
3400 |
5 |
Высота цементного стакана в колоне |
H, м |
15 |
20 |
25 |
15 |
20 |
25 |
15 |
20 |
25 |
30 |
15 |
20 |
25 |
30 |
15 |
20 |
6 |
Высота подъема цементного раствора от башмака колонны |
Н, м |
1000 |
1200 |
1400 |
1600 |
1800 |
2000 |
1200 |
1400 |
1500 |
1700 |
1900 |
2100 |
2300 |
1500 |
1600 |
2000 |
7 |
Плотность промывочной и продавочной жидкостей |
С р, кг/м3 |
1150 |
1200 |
1250 |
1300 |
1120 |
1160 |
1180 |
1200 |
1220 |
1240 |
1260 |
1280 |
1210 |
1230 |
1250 |
1150 |
8 |
Плотность сухого цемента |
С ц, кг/м3 |
3100 |
3150 |
3200 |
3000 |
3150 |
3200 |
3000 |
3100 |
3150 |
3050 |
3200 |
3000 |
3050 |
3100 |
3150 |
3200 |
9 |
Водоцементные отношения |
M |
0,45 |
0,5 |
0,55 |
0,45 |
0,5 |
0,55 |
0,45 |
0,5 |
0,5 |
0,45 |
0,5 |
0,45 |
0,45 |
0,5 |
0,5 |
0,55 |
10 |
Коэффициент кавернозности |
K V |
1,2 |
1,25 |
1,15 |
1,3 |
1,15 |
1,2 |
1,25 |
1,3 |
1,35 |
1,4 |
1,15 |
1,2 |
1,25 |
1,3 |
1,35 |
1,4 |
11 |
Скорость в затрубном пространстве |
V з. п, м/сек |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
2,0 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2,0 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
1,3 |
1,2 |
12 |
Структурная вязкость продавочного раствора |
З р, мПа*с |
10 |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
9 |
11 |
13 |
15 |
17 |
19 |
21 |
10 |
12 |
14 |
13 |
Структурная вязкость цементного раствора |
З ц, мПа*с |
25 |
27 |
29 |
31 |
33 |
35 |
24 |
26 |
28 |
30 |
32 |
34 |
36 |
25 |
26 |
27 |
14 |
Динамическое напряжение сдвига промывочной жидкости |
Ф О р |
5 |
6 |
7 |
8 |
5 |
6 |
7 |
8 |
5 |
6 |
7 |
8 |
5 |
6 |
7 |
8 |
15 |
Динамическое напряжение сдвига цементного раствора |
Ф О ц |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
10 |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
10 |
11 |
12 |
13 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
- 1. Соловьев Е. М. Заканчивание скважин. Москва. Недра, 1979г. 2. Подгорнов В. М. Практикум по заканчиванию скважин. Москва. Недра, 1984г. 3. Булатов А. И. Формирование и работа цементного камня. Москва. Недра, 1990г. 4. Соловьев Е. М. Задачник по заканчиванию скважин. Москва. Недра, 1979г. 5. Манюшевский В. С. и др. Справочное руководство по тампонажным материалам Москва. Недра, 1987г.
Похожие статьи
-
В настоящее время при бурении не только разведочных, но и эксплуатационных скважин широко применяется оборудование для герметизации устья скважин. Раньше...
-
Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением
Модернизация метода расчета несущей способности свай в пробитых скважинах с уширением В последнее время в фундаментостроении сформировалось и успешно...
-
Бурение глубоких скважин на подземных рудниках России и стран СНГ вот уже несколько десятилетий производится в основном станками пневмоударного бурения...
-
Технические условия качества по долгосрочной поставке следущие: Точка росы по углеводородам -10ОС в диапазоне от 1 до 80 бар Точка росы по воде -20ОС при...
-
Установка 5-201/202 - Конденсатные ловушки СД и НД - Оборудование нефтяной компании
Многофазовый поток, поступающий с манифольдов скважин непосредственно направляется на две паралельные конденсатные ловушки СД 5-210-VQ-01A/B. Они...
-
Подготовка конденсата - Оборудование нефтяной компании
Система подготовки конденсата стабилизирует и демеркаптанизирует конденсат, поступающий с конденсатных ловушек. Осушенный конденсат (природный...
-
Входное оборудование, Установка 5-130 - Входные манифольды - Оборудование нефтяной компании
Пластовая жидкость будет транспортироваться с промысла на КПК посредством сборной системы шлейфов и сети трубопроводов. Трубопроводы оборудованы...
-
Парк хранения очищенного конденсата обеспечивает буферное (промежуточное) хранение продукта в случае нарушения нормальной работы перерабатывающих...
-
Установка 5-214 - Демеркаптанизация газолина - Оборудование нефтяной компании
Конденсат экспортируется посредством трубопровода Каспийского Трубопроводного Консорциума (КТК) и, следовательно, должен соответствовать необходимым...
-
Установка 5-213 - Колонна отгонки конденсата (condensate splitter) - Оборудование нефтяной компании
Подаваемое сырье на колонну отгонки подогревается до 180ОС посредством обмена с кубовым продуктом колонны во входном подогревателе колонны отгонки...
-
Заключение - Оборудование нефтяной компании
Карачаганакское месторождение одно из наиболее ценных достояний Казахстана. Оно находится в Западно-Казахстанской области на северо-востоке от 51...
-
Нефтяные эмульсии - Производственный потенциал нефтегазовой промышленности
При добыче нефти ее почти всегда сопровождает пластовая (буровая) вода. В буровых водах растворены различные соли, чаще всего хлориды и бикарбонаты...
-
Общие вопросы охраны труда и техника безопасности - Оборудование нефтяной компании
При работе на персонально-вычислительных машинах в КПО придерживаются Санитарному законодательству Республики Казахстан, а именно, раздел "Санитарные...
-
Вспомогательные объекты КПК - Оборудование нефтяной компании
Установка 6-410- Система обогрева помещений (теплоноситель ДЭГ) Система обогрева подает 60% по весу раствор диэтиленгликоля (ДЭГ), подогретый до 85ОС к...
-
Установка 5-340 - Осушка очищенного газа и регулирование точки росы - Оборудование нефтяной компании
Охлажденный очищенный газ из абсорбера MDEA попадает в коагулятор фильтерного типа 5-340CQ-01, в котором удаляется принесенная жидкость. Имеютя 4 емкости...
-
Установка 5-210 - Установка стабилизции конденсата (A/B/C) - Оборудование нефтяной компании
Конденсат с ловушек направляется регулируемым потоком на 3 параллельные линии стабилизации. Барабан подачи сырья в стабилизатор 5-210-VS-01 имеет...
-
Битум -- это продукт черного цвета с плотностью около единицы, с низкой тепло - и электропроводностью. Он прекрасно противостоит воздействию различных...
-
Установка 364 состоит из трех техлиний сжатия сырого газа, две из которых рабочие, а одна резервная. Производительность каждой нитки сжатия сырого газа...
-
Установка 5-343- Осушка и регулировние по точке росы сырого газа НД - Оборудование нефтяной компании
Газ дегазации со установки стабилизации конденсата, имеющий высокое содержание легких углеводородов и меркаптанов сжимается до давления 49 бар и...
-
Нефть. Нефтяная промышленность - Технология переработки нефти
Происхождение нефти Нефть - это горная порода. Она относятся к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы...
-
Очистка сырого газа - Оборудование нефтяной компании
Установка очистки сырого газа состоит из следующих узлов: А) Осушение и регулирование по точке росы углеводородов газа НД и отводного газа с вверхней...
-
Центральные перерабатывающие объекты КПК, Общее описание завода - Оборудование нефтяной компании
Общее описание завода Цель данного раздела - описание нового комплекса подготовки и переработки углеводородов (КПК - Карачаганакский Перерабатывающий...
-
Рекомендуемую скорость пара в колонне, м/с, рассчитывают по уравнению (20) Где С - коэффициент. зависящий от конструкции тарелок, расстояние между...
-
Основы технологии производства нефтяных масел - Технологии переработки нефти
Технология производства масел состоит из трех основных этапов: получение масляных фракций, выработка из них базовых масел-компонентов и смешение...
-
Газ среднего давления с конденсатных ловушек первоначально осушается для соответствия требуемой точки росы по воде для закачки в пласт. Точка росы по...
-
В современном мире все более актуальным является вопрос экологии. Особенно тщательному рассмотрению подлежат вопросы экологии в нефтяной и газовой...
-
Общие сведения о предприятии Основной целью компании является: максимизация прибыли, путем развития производства и сбыта продукции Карачаганакского...
-
Надежная работа переливного устройства определяется скоростнями движения в перетоке и зазоре между нижним срезом переточной трубы и основанием кармана....
-
Выбор и эксплуатация рабочих жидкостей - Рабочие жидкости для гидросистем
Выбор рабочих жидкостей для гидросистемы машины определяется: - диапазоном рабочих температур; - давлением в гидросистеме; - скоростями движения...
-
Расчет гидравлического сопротивления колонны - Абсорбер для очистки газов от диоксида углерода
Гидравлическое сопротивление обуславливает энергетические затраты на транспортировку газового потока через абсорбер [6, с.201]. Для тарельчатых колонн...
-
Введение - Оборудование нефтяной компании
На сегодняшний день во многих сферах деятельности человека существует потребность в обработке и хранении большого количества данных, и за частую этот...
-
При значительных напряжениях в конкурсе необходима установка линзового компенсатора. Определение коэффициента у, определяющего гибкость компенсатора Где...
-
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРЕВЕНТОРОВ, ПЛАШЕЧНЫЕ ПРЕВЕНТОРЫ - Буровое оборудование
ПЛАШЕЧНЫЕ ПРЕВЕНТОРЫ Превентор, выпускаемый ВЗБТ (рис. ХШ.2) состоит из стального литого корпуса 7, к которому на шпильках крепятся крышки / четырех...
-
Расчет коэффициентов теплопередачи - Проектирование кожухотрубчатого теплообменника
Учитывая соотношение между толщиной стенки трубы и ее диаметра расчет коэффициента теплопередачи проводим как для плоской стенки: 1. Задаемся...
-
ВРАЩАЮЩИЕСЯ ПРЕВЕНТОРЫ - Буровое оборудование
Вращающийся превентор применяется для герметизации устья скважины в процессе ее бурения при вращении и расхаживании бурильной колонны, а также при СПО и...
-
Высоту колонны определяют графо - аналитическим методом, т. е последовательно рассчитываем коэффициенты массоотдачи, массопередачи, коэффициенты...
-
Температура в сепараторе : ; . По [1, табл. LVI] находим давление вторичного пара в сепараторе при температуре : . Температура кипения раствора в...
-
Кипятильник - Ректификационная установка
Кипятильник установлен вне колонны, что создает удобства для эксплуатации, ремонта и улучшает процесс теплопередачи. Он представляет собой вертикальный...
-
Получение биокерамических материалов Получение цементных порошков в системах брушит - сульфат кальция с различным соотношением компонентов различными...
-
Гидравлический расчет тарелок - Ректификационная установка непрерывного действия
В соответствии с рассчитанным выше диаметром колонны подбираем стандартную колонну и тарелки. Принимаем к установке колонный аппарат диаметром 2000 мм;...
Цементирование нефтяных скважин