Расчет цементирования обсадной колонны

Цель расчета цементирования обсадной колонны заключается в определении:

· Объема буферной жидкости;

· Объема тампонажного раствора;

· Количества исходных материалов;

· Объема продавочной жидкости;

· Режима цементирования;

· Количества и техническая характеристика цементировочной техники.

 

Исходные данные для расчета прямого одноступенчатого цементирования обсадной колонны:

 

· Диаметр обсадных труб- 146мм

· Номинальный диаметр ствола скважины – 190,5 мм;

· Глубина (Н) спуска обсадной колонны –2948 м

· Высота Нц подъема цемента за обсадной колонной-2647 м

· Плотность ρбр –1170 кг/м3

· Плотность ρцр-1850 кг/м3

· Стоп-кольцо установлено на расстоянии h 20м от башмака обсадной колоны.

· Пластовое давление Рпл продуктивного горизонта-31,2 МПа

· Глубина Zпл кровли продуктивного горизонта-2910 м

· Объем манифольда- 0,8 м3

· Буферная жидкость-водный раствор соли(NaCl) плотностью- 1080 кг/м3

· Скорость потока цементного раствора в кольцевом зазоре- 1,8 м/с

 

 

1.Расчет максимальной высоты столба буферной жидкости за обсадной колонной:

 

– коэффициент аномальности.

- глубина кровли продуктивного пласта,м.

 

2. Определяем высоту столба бурового раствора в кольцевом зазоре скважины по формуле.

 

Где Н-глубина обсадной колонны,м;

Нц-длина столба цемента в кольцевом зазоре скважины,м;

-высота буферной жидкости в кольцевом зазоре,м.

 

 

3. Находим требуемый объем цементного раствора по формуле:

Где - коэффициент, учитывающий увеличение объема скважины за счет образования каверн, желобов, и др. дефектов ствола.(1,05-1,30);

- высота цементного стакана (расстояние от стоп-кольца до башмака обсадной колонны),м.

4.Требуемая масса ( сухого цемента:

- водоцементное соотношение;

- коэффициент, учитывающий потери (1,05);

Количество воды для приготовления расчетного объема цементного раствора:

– требуемая масса сухого цемента, т.

м3

Требуемый объем продавочной жидкости.

– коэффициент сжимаемости продавочной жидкости (1,04);

- объем манифольда, (0,8 )

7. Требуемая подача цементировочных агрегатов для продавки цементного раствора с требуемой скоростью (1,8 м/с).

Где - скорость потока цементного раствора в кольцевом зазоре скважины,м/с.

Для цементировочного агрегата ЦА-320М производительность на IV передаче при диаметре втулки 115 мм, а максимально допустимое давление , т.е расчетный режим цементирования по давлению обеспечится данным агрегатом.

8. Определим необходимое число цементировочных агрегатов по формуле:

- производительность цементировочного агрегата на i-ой скорости, л/с;

Принимаем четыре агрегата.

9. Определяем необходимое число цементосмесительных машин типа 2СМН-20:

Где - вместимость бункера цементосмесительной машины(14,5 м3)

– насыпная масса цемента (1,21 т/м3).

Принимаем число цементировочных машин типа 2СМН-20 равным четырем.

10. Определяем число цементировочных агрегатов для закачки буферной жидкости:

Вместимость одного мерного бака агрегата ЦА-320М составляет 6,4 м3, поэтому для закачки буферной жидкости потребуется один агрегат.

11. Определим число цементировочных агрегатов ЦА-320М для закачки цементного раствора по формуле:

Предусматриваем закачивание 0,98 объема продавочной жидкости 5-ю агрегатами

ЦА-320М при подаче 9,0 л/с. Оставшуюся часть объема продавочной жидкости будем закачивать одним агрегатом на III передаче при подаче 5,8 л/с для определения момента посадки верхней пробки на стоп кольцо.

Таким образом, имеем следующие объемы растворов для цементирования:

· Буферная жидкость- -2,6 м3

· Цементный раствор= -60 м3

· Продавочная жидкость- - 33,3 м3

Объем продавочной жидкости для закачки на максимальной передаче-33,3 0,98=32,6 м3

Объем продавочной жидкости для закачки на минимальной передаче-33,3 0,02=0,7 м3

12. Продолжительность цементирования определяем по формуле:

Выбираем тампонажный цементный раствор для цементирования обсадной колонны, характеризующийся началом загустевания:

Принимаем тампонажный раствор на основе портландцемента по ПХЦ для нормальных температур с началом загустевания не менее:1,25· = 84,4 мин. С началом схватывания не ранее 2 час и концом схватывания- не позднее 10 час.

13. Определяем максимальное давление перед посадкой верхней пробки на стоп-кольцо:

Где – давление, создаваемое за счет плотности жидкости в затрубном зазоре и в трубах,(гидростатическое давление), МПа;

 

МПа

- давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений, МПа.

Давление в зависимости от глубины спуска обсадной колонны определяется по упрощенным формулам:

- при глубине до 1500 м:

- при глубине более 1500 м:

14. Расчет максимальной и минимальной плотности тампонажного раствора.

- максимальное значение (без учета буферной жидкости):

- минимальное значение

L-глубина залегания слабого пласта,м.

кг/м3

 

Выбор буровой установки

 

77,7 т

72,1 т

Выбираем буровую установку "Уралмаш-160 ЭСК-БМ"

Максимальная грузоподъемность, 160 т

 

Литература

1. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин: Справочное пособие./Под редакцией А.Г. Калинина. – М.: ОАО Издательство «Недра», 2000.*

2. Повалихин А.С., А.Г. Калинин, А.П. Назаров. «Проектирование профиля наклонных горизонтальных скважин и боковых стволов». Учебное пособие.

3. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Сердюк Н.И. Расчеты в бурении/Справочное пособие/Под редакцией А.Г.Калинина,-М:РГГРУ,2007,-688стр,