Расчет. Практическая работа 1 Выбор плотности жидкости глушения при ремонте скважины
![]()
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт геологии и нефтегазодобычи Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин» Практические задания по дисциплине: «Технологические жидкости для строительства и ремонта скважин» Вариант № 5 Выполнил: Обучающийся гр БСб(до)з-18-1 Остапенко А.А. Проверил: Ассистент кафедры НБ Леонтьев Дмитрий Сергеевич Тюмень 2021 Практическая работа № 1 «Выбор плотности жидкости глушения при ремонте скважины» Цель занятия: Научиться определять необходимую плотность жидкости глушения при ремонте скважины при заданных геолого- технических условиях. Задача: Рассчитать необходимую плотность жидкости глушения при ремонте скважины при заданных геолого-технических условиях. Исходные данные для расчета представлены в таблице 1. Исходные данные: Вариант 5 Рпл =28,1 МПа; Н = 2700м; П = 0,04. Решение: Требуемую плотность жидкости глушения определяют из расчета создания столбом жидкости глушения давления, превышающего текущее пластовое в соответствии с требованиями Правил безопасности в нефтяной и газовой промышленности. Плотность жидкости глушения определяют по формуле: ![]() ![]() Рпл– пластовое давление, МПа; Н – расстояние от устья скважины до верхних перфорационных отверстий по вертикали, м; П – коэффициент безопасности работ, зависящий от глубины скважины, коэффициента продуктивности и газосодержания. Рассчитаем плотность жидкости: ![]() ![]() Ответ: Плотность жидкости глушения при ремонте скважины при заданных геолого-технических условиях равна 1103,3 ![]() Практическая работа № 2 «Определение температуры на забое скважины при циркуляции рабочей жидкости» Цель занятия: Научиться определять температуру на забое скважины при циркуляции рабочей жидкости. Задача: Определить температуру промывочной жидкости у забоя скважины при следующих условиях: глубина скважины H, м; температура пласта Tп, 0С; расход рабочей жидкости Q0, м3/с; температура нейтрального слоя T0, 0С; удельная теплоемкость рабочей жидкости ср, Дж/(м3·0С); теплопроводность пород λ, Вт/(м·0С); превышение температуры рабочей жидкости над температурой нейтрального слоя ΔT, 0С; температуропроводность породы а, м2/с; радиус ствола скважины r0, м ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Решение Температуру в стволе скважины можно определить по формуле: ![]() ![]() где T (H,t) – температура в стволе скважины на глубине H, м в момент времени t, ч после начала нагнетания, М – постоянная, равная 0,003 0С/м; K(t) – функция времени, которую можно определить по формуле: ![]() где Q0 – расход рабочей жидкости, м3/с; T0 – температура нейтрального слоя, 0С; Г – геотермический градиент, 0С/м (принимать равным 3 0С/100 м или 0,03, 0С/м); ср – удельная теплоемкость рабочей жидкости, Дж/(м3·0С); λ – теплопроводность пород, Вт/(м·0С); ΔT – превышение температуры рабочей жидкости над температурой нейтрального слоя, 0С; а – температу ропроводность породы, м2/с; r0 – радиус ствола скважины, м. ![]() ![]() ![]() Практическая работа № 3 «Расчет давления в скважине при использовании различных технологических жидкостей во время ремонта» Цель занятия: Научиться определять давление в скважине при ис пользовании различных технологических жидкостей во время ремонта. Задача: Скважину глубиной Н, м, имеющую эксплуатационную колонну диаметром Dв, мм, заполнили жидкостью глушения плотность ρжг, кг/м3 и статическим напряжением сдвига τ0, Па. Определить гидростатическое давление раствора на забой скважины. Исходные данные для расчета представлены в табл. 5. ![]() ![]() ![]() ![]() Решение Гидростатическое давление жидкости глушения на забой скважины определяется по формуле: ![]() где p0 – давление на свободной поверхности жидкости глушения (в затрубном пространстве, на устье скважины, возникающее в том случае, когда жидкость выходит из скважины через герметизирующее приспособление, если устье скважины не герметизировано p0=0). p1 – гидростатическое давление столба жидкости в скважине, определяемое по формуле: ![]() Н – глубина скважины, м; g – ускорение свободного падения (9,8 м/с2); ρжг - плотность жидкости глушения, кг/м3, pс – давление, которое может возникнуть на забое от проявления структурных свойств жидкости глушения. Если давление на забое скважины начинает медленно возрастать в ре зультате слабого притока жидкости из пласта, то до начала движения раствора значение pс необходимо принимать со знаком плюс. Если происходит медленное отфильтровывание воды в пласт при неизменном положении уровня в скважине, то pс имеет знак минус. Если скважина заполнена водой, то pс=0. pс определяют по формуле: ![]() где Dв – внутренний диаметр эксплуатационной колонны, мм. τ0 – статическое напряжение сдвига, Па. ![]() ![]() ![]() Практическая работа № 4 «Расчеты при проверке скважины на приемистость» Цель занятия: Научиться рассчитывать скважину на приемистость. Задача: Определить объем вытесняющей жидкости, объем жидкости, отдаваемой пластов, используя номограмму для определения утечки жидкости из колонны. Исходные данные для расчета представлены в таблице:
Решение: ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Из номограммы видно, что: - Объем жидкости, отдаваемый пластом = 9,5 м3 - Объем вытекающей жидкости = 15,5 м3 Практическая работа № 5 «Расчет цементирования скважины при РИР» Задача №1: Определить объем заливочных труб комбинированной колонны. а) НКТ d = 48 мм, длиной 700 м; б) НКТ d = 60 мм, длиной 500 м; в) НКТ d = 73 мм, длиной 350 м. Решение: ![]() Объем (V) труб диаметром 48 мм и длиной 700 м; равен 0,875 м3; Объем (V) труб диаметром 60 мм и длиной 500 м; равен 1 м3; Объем (V) труб диаметром 73 мм и длиной 350 м; равен 1,05 м3; Таким образом, общий объем комбинированной колонны заливочных труб длиной 1550 м равен: V = 0,875 + 1 + 1,05 = 2,925 м3 Задача №2: Определить высоту подъема 1 м3 тампонажного раствора в затрубном пространстве. Исходные данные для расчета представлены в таблице:
Решение: ![]() ![]() Из номограммы видно, что высота подъема 1 м3 тампонажного раствора в затрубном пространстве равна 22 м. Практическая работа № 6 «Основы расчета цементирования скважин под давлением» Задача: Произвести расчет цементирования скважины под давлением при следующих исходных данных: - Нскв = 2450 м; - dэ.к. = 168 мм; - Qприем = 0,3 м3/мин. В скважину спущена колонна заливочных труб диаметром 73х89 мм на глубину Н=2400 м, в т.ч. трубы диаметром 73 мм ‒ на глубину 1600 м; трубы диаметром 89 мм ‒ на глубину 800 м. Средняя температура по стволу скважины tср=+10 С Решение: Определим температуру на забое скважины по формуле: ![]() Принимая второе слагаемое равным 0,025 Н и подставив численное значение глубины, получаем: ![]() Выбираем тампонажный цемент для “горячих” скважин (ГЦ), время начала схватывания раствора с момента затворения составляет 105 мин. Тогда допустимое время цементирования составит: Тдоп=0,75 Тзат=0,75 105=79 мин. Затем определяем объем комбинированной колонны заливочных труб: ![]() где dв1, dв2 - соответственно внутренние диаметры НКТ диаметром 73 и 89 мм, м; h1,h2 - соответственно длина секций колонны заливочных труб диаметром dв1 и dв2, м; - коэффициент сжимаемости продавочной жидкости, равный 1,01-1,10 (принимаем 1,02). V = 1,02 0,785 (0,0622 1600+ 0,0762 800) = 4,9 + 3,7 = 8,6 м3. Затем определяем время, необходимое для полного заполнения колонны заливочных труб при работе одним агрегатом ЦА-320 М на 5скорости при диаметре втулок насоса 115 мм: ![]() Время вымыва излишков тампонажного раствора при обратной промывке при работе одним агрегатом ЦА-320 М на 4 скорости составит: Тв=1000 8,6/60 10,7 = 14 мин. Время на затворение и продавку тампонажного раствора в пласт: Т = Тдоп – (Тз + Тв + То) = 79 – (9 + 14 + 7) = 49 мин, где То – время на подготовительные и заключительные работы при затворении цемента (5 – 10 мин). Определим объем тампонажного раствора, который необходимо закачать в пласт за расчетное время 49 мин: Vтр = 0,3 49 = 14,7 м3. Как правило, раствор, с учетом приемистости пласта, закачивают в несколько приемов. Определим плотность тампонажного раствора по формуле: ![]() где m – жидкостно-цементное отношение (m = 0,4 0,5); ц и ж – плотность, соответственно, тампонажного цемента и жидкости затворения, т/м3. Тогда: ![]() Практическая работа № 7 «Основы расчета цементирования нефтецементным раствором» Задача: Произвести расчет цементирования скважины нефтецементным раствором при следующих данных: - глубина искусственного забоя L=1440 м; - диаметр эксплуатационной колонны Dэк=168 мм; - средняя толщина ()стенки =9 мм; - глубина отверстий перфорации 1420 – 1426 м; - диаметр НКТ dНКТ=89 мм (с толщиной стенки 6,5 мм); - скважина заполнена водой и испытана на поглощение. Количество тампонажного цемента (ТЦ) для заливки принимаем равным 4 т. Цемент затворяем на дизельном топливе с =870 кг/м3 с добавкой 1,5 % ПАВ. Решение: Плотность тампонажного раствора определяем по формуле: ![]() Количество дизельного топлива, необходимого для затворения 4 т тампонажного цемента, определяем по формуле: ![]() Объем нефтецементного раствора, приготовленного из 4 т тампонажного цемента и 2,4 м3 дизельного топлива, определяем по формуле: ![]() Подставляя численные значения в формулу 29, получаем: ![]() Объем нижней буферной пробки выбираем таким, чтобы после окончания прокачки ее внутри заливочных труб она заполнила бы межтрубное пространство высотой 30-50 м. Этот объем можно определить по формуле: ![]() где Dв - внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м; dт - наружный диаметр колонны заливочных труб, м; h1 - высота подъема нижней буферной пробки в затрубном пространстве, м (на практике h1 принимают равной 30-50 м). Тогда: Vнп = 0,785 (0,1502 – 0,0892) 40 = 0,46 м3. Глубину установки конца заливочных труб находим по формуле: Н = 1420 – 6 (1680/1000) = 1410 м, Объем продавочной жидкости определяем по формуле: Vпр= 1,20 0,785 0,0762 1410 = 6,5 м3. Минимальный объем верхней буферной пробки, необходимый для предотвращения смешивания продавочной жидкости с нефтецементным раствором, определяем по формуле: ![]() где dв - внутренний диаметр заливочных труб, м; Н - глубина установки конца заливочных труб, м; Vс - суммарный объем заканчиваемых в скважину нефтецементного и продавочного раствора, м3. Vс = Vтр + Vпр = 3,6 +6,5 = 10,1 м3. Подставив численные значения в формул, получаем: ![]() Полученные значения соответствуют высоте столба жидкости в заливочных трубах, равной 56 м. Таким образом, для приготовления раствора на нефтяной основе необходимо 4 т тампонажного цемента, 3,1 м3 дизельного топлива и 0,05 м3 ПАВ. Практическая работа №8 «Расчеты при приготовлении эмульсионных, полимерных и полимербентонитовых растворов» Пример 8.1. Необходимо приготовить эмульсионный раствор плотностью ρБР = 1000 кг/м3 в объеме Vэ = 9 м3. Содержание нигрола Кн = 1,5% и ОП-10 Коп-10 = 0,45%. Определить потребное количество нигрола и ОП-10. Решение: Масса (mЭПР, кг) составляющих (нигрола и ПАВ) для приготовления эмульсионного промывочного раствора (ЭПР): ![]() Ответ: mЭПР = 135 кг. Пример 8.2. Определить потребный объем эмульсионного раствора и потребное количество эмульсола для скважины глубиной L = 1200 м диаметром D = 140 мм, если количество замен раствора n3 = 2, а по данным лабораторных исследований оптимальная концентрация эмульсола в растворе КЭ = 6%. Решение: Необходимый объем эмульсионного раствора: VЭР=2VС+ n32VС , м3 где 2VС – объем эмульсионного раствора на заполнение всей циркуляционной системы, м3; n32VС – потери раствора, связанные с заменой раствора, м3. ![]() VЭР = 2 · 8,86 + 2 · 2 · 8,86 = 48,74 м3 mЭ = 10 · VЭР · КЭ = 10 · 48,74 · 0,06 = 16,6 кг Пример 8.3. Рассчитать потребное количество полимера и кальцинированной соды, необходимое для приготовления полимерного раствора на основе ПАА для следующих условий: диаметр скважины D = 140 мм с использованием полимерного раствора в интервале L = 1200 м, концентрация ПАА К3 = 0,6%, концентрация активной кальцинированной соды для обработки раствора с целью уменьшения коррозионной активности Кс=0,6%; полимерный раствор приготавливается на основе концентрированного полимерного раствора с концентрацией К1 = 1,5%; количество замен раствора n3 = 1; концентрация чистого полимера в товарном продукте К2 = 9%; плотность раствора 1000 кг/м3; потребный объем полимерного раствора VПР=4VС. Решение: ![]() Потребный объем полимерного раствора при n3=3 VПР=4VС = 4 · 8,88 = 34,72 м3 При плотности полимерного раствора ρпр = 1000 кг/м3 потребное количество полимерного раствора Мпр = 40680кг. Необходимое количество концентрированного полимерного раствора для приготовления потребного количества полимерного раствора по уравнению: ![]() Определяем количество ПАА для приготовления необходимого количества концентрированного раствора: ![]() Необходимое количество кальцинированной соды составит: ![]() Пример 8.4. Дано: концентрация кальцинированной соды в растворе ПБР КNa2CO3 = 0,3%; объем приготавливаемого раствора VПБР = 9 м3 плотностью ρПБР = 1050 кг/м3; К1 = 1,5%, К3 = 0,2%; плотность глинистого раствора ρГР = 1250 кг/м3; плотность глины ρГ = 2300 кг/м3; процентное содержание едкого натра в техническом продукте КNaOH = 0,6%. Определить объем глинистого раствора, необходимого для приготовления ПБР, потребное количество глины и полимерного раствора, потребное количество товарного ПАА, количество едкого натра для качественного гидролиза и потребное количество кальцинированной соды для обработки раствора. Решение: Объем глинистого раствора, необходимый для приготовления ПБР: ![]() Количество сухой глины для приготовления глинистою раствора с заданной плотностью: ![]() Количество полимерного раствора: VГПАА =9 – 0,86 = 8,14 м3 Потребное количество концентрированного раствора ГПАА по формуле: ![]() Потребное количество товарного ПАА: ![]() Для гидролиза ПАА едким натром по формуле: ![]() Потребное количество кальцинированной соды для обработки раствора ![]() Пример 8.5. Следует приготовить эмульсионный раствор путем добавления Vн = 3,5 м3 нефти плотностью ρН =800 кг/м3 к 25 м3 исходного глинистого раствора плотностью ρГР =1250 кг/м3. Сколько требуется добавить утяжелителя (барита с плотностью ρБ = 4300 кг/м3); что бы после долива нефти плотность раствора оставалась на том же уровне? Решение: Плотность эмульсионного глинистого раствора, полученного после долива нефти: ![]() Количество утяжелителя, необходимое для утяжеления глинистого раствора заданного объема: ![]() Ответ: ρГР = 1134,2 кг/м3, mУ = 1670,09 кг. |