Применение средств автоматизации на буровых установках серии JZ на Кочевском месторождении. КУРСОВАЯ. Технология бурения вертикальной скважины глубиной 4220м на Самотлорское месторождении

• Название: Технология бурения вертикальной скважины глубиной 4220м на Самотлорское месторождении
• Анкор: Применение средств автоматизации на буровых установках серии JZ на Кочевском месторождении
• Дата: 20.02.2023
• Размер: 337.15 Kb.
• Имя файла: КУРСОВАЯ.docx
• Тип: Курсовой проект; #945847
• страница: 18 из 20

8.1.4 Расчет цементирования второй технической колонны 219,1 мм

Производим расчет одноступенчатого цементирования 2-й технической колонны 219,1 мм, спущенного на глубину 2950 м, при следующих условиях: диаметр долота D=269,9 мм; наружный диаметр обсадных труб d_н=219,1 мм; внутренний диаметр обсадных труб d_в=200,1 мм; высота подъема цементного раствора h=2950 м; плотность бурового раствора _р=1821 кг/м³; плотность цементного раствора _цр=1860 кг/м³; кольцо «стоп» установлено на высоте h₀=20 м от башмака.

Определяем объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину V_цр, м³, при (8.1):

V_цр = 0,7851,1[(0,2699² – 0,2191²) 2950 + 0,2001²20] = 63,97 м³.

Количество сухого цемента для приготовления цементного раствора G_ц, т, при (8.2):

G_ц = (1/(1+0,5))63,973,15 = 134,33 т.

Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с учетом потерь при затворении, G^I_ц, т (8.3):

G^I_ц = 1,01134,33 = 135,68 т.

Определяем необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-й консистенцииV_в, м³ (8.4):

V_в = 135,680,5 = 67,84 м³.

Рассчитываем потребное количество продавочной жидкости (воды) V_пж, м³ (8.5):

V_пж = 0,7851,040,304²(2950 – 20) = 95,77 м³.

Давление, развиваемое насосом в последний момент закачки продавочной жидкости, р_mах, Па (8.6):

р_тах = 1,14 + 4,55 = 5,69 МПа.

Давление, необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве р₁, МПа (8.7);

р₁ = 10^-5[(2950 – 20)(1860 – 1821)] = 1,14 МПа;

Давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений р₂, МПа (формула Шишенко-Бакланова) (8.8):

р₂ = 0,0012950 + 1,6 = 4,55 МПа.

8.1.5 Расчет цементирования эксплуатационной колонны 127 мм

Производим расчет одноступенчатого цементирования эксплуатационной колонны 127 мм, спущенной на глубину 4220 м, при следующих условиях: диаметр долота D=161 мм; наружный диаметр обсадных труб d_н=127 мм; внутренний диаметр обсадных труб d_в=107 мм; высота подъема цементного раствора h=4220 м; плотность бурового раствора _р=2091 кг/м³; плотность цементного раствора _цр=1860 кг/м³; кольцо «стоп» установлено на высоте h₀=20 м от башмака.

Определяем объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину V_цр, м³, при (8.1):

V_цр = 0,7851,1[(0,161² – 0,127²) 4220 + 0,107²20] = 35,88 м³.

Количество сухого цемента для приготовления цементного раствора G_ц, т, при (8.2):

G_ц = (1/(1+0,5))35,883,15 = 75,34 т.

Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с учетом потерь при затворении, G^I_ц, т (8.3):

G^I_ц = 1,0175,34 = 76,1 т.

Определяем необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-й консистенцииV_в, м³ (8.4):

V_в = 76,10,5 = 38 м³.

Рассчитываем потребное количество продавочной жидкости (воды) V_пж, м³ (8.5):

V_пж = 0,7851,040,107²(4220 – 20) = 39,26 м³.

Давление, развиваемое насосом в последний момент закачки продавочной жидкости, р_mах, Па (8.6):

р_тах = 6,9 + 2,76 = 15,52 МПа.

Давление, необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве р₁, МПа (8.7);

р₁ = 10^-5[(4220 – 20)(2091-1860)] = 9,7 МПа;

Давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений р₂, МПа (формула Шишенко-Бакланова) (8.8):

р₂ = 0,0014220 + 1,6 = 5,82 МПа.
8.2 Выбор цементировочного оборудования
Технологически необходимое количество цементировочных агрегатов будем определять из условия достижения эффективности процесса, а потребное число цементосмесительных машин – из условий: 1) размещения в них расчетного количества сухого цемента; 2) установившейся практики обвязки одной машины 2СМН-20 с двумя ЦА-320М.

Необходимое количество цементировочных агрегатов п_ц.а., шт. (8.9):

n_ц.а. = [(0,785k₁(D² – d_н²))/Q^IV] + 1, (8.9)

где Q^IV – производительность цементировочного агрегата на IV скорости, м³/с;

ω – скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве, ω=0,10,4 м/с.

Цементирование направления 472 мм. Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М с установленными в его насосе цилиндровыми втулками 127 мм, имеющий производительность Q^IV_127мм = 14,5 л/с = 0,87 м³/мин; k₁=1,1; принимаем ω=1 м/с. Тогда:

n_ц.а = (0,7851,1(0,555² – 0,472²)1)/(0,87/60) 1,5

Следовательно, одноступенчатое цементирование направления 472 мм будем производить с применением 1 цементировочной агрегата ЦА-320М и 1 цементосмесительной машины 2СМН-20.
Цементирование кондуктора 377 мм. Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М с установленными в его насосе цилиндровыми втулками 127 мм, имеющий производительность Q^IV_127мм = 14,5 л/с = 0,87 м³/мин; k₁=1,1; принимаем ω=1 м/с. Тогда:

n_ц.а = (0,7851,1(0,4445² – 0,377²)1,5)/(0,87/60)+1 6

Следовательно, одноступенчатое цементирование кондуктора 377 мм будем производить с применением 10 цементировочных агрегатов ЦА-320М и 5 цементосмесительных машин 2СМН-20 из условия размещения в них 86 т сухого цемента менее, чем по 20 т в каждой.

Цементирование первой технической колонны 298,5 мм. Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М; Q^IV_127мм= 14,5 л/с = 0,87 м³/мин; k₁ =1,1; принимаем ω=1 м/с. Тогда:

n_ц.а. = (0,7851,1(0,3495² – 0,2985²)2) / (0,87/60) + 1  8

Следовательно, одноступенчатое цементирование технической колонны 298,5 мм будем производить с применением 14 цементировочных агрегатов ЦА-320М и 7 цементосмесительных машин 2СМН-20 из условия размещения в них 133 т сухого цемента менее чем по 20 т в каждой.

Цементирование второй технической колонны 219,1 мм. Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М; Q^IV_127мм= 14,5 л/с = 0,87 м³/мин; k₁ =1,1; принимаем ω=1 м/с. Тогда:

n_ц.а. = (0,7851,1(0,2699² – 0,2191²)2) / (0,87/60) + 1  4

Следовательно, одноступенчатое цементирование технической колонны 219,1 мм будем производить с применением 14 цементировочных агрегатов ЦА-320М и 7 цементосмесительных машин 2СМН-20 из условия размещения в них 135 т сухого цемента менее чем по 20 т в каждой.

Цементирования эксплуатационной колонны 127 мм. Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М; Q^IV_127мм= 14,5 л/с = 0,87 м³/мин; k₁ =1,1; принимаем ω=1,5 м/с. Тогда:

n_ц.а. = (0,7851,1(0,161² – 0,127²)2) / (0,87/60) + 1  3

Следовательно, одноступенчатое цементирование эксплуатационной колонны 219 мм будем производить с применением 7 цементировочных агрегатов ЦА-320М и 4 цементосмесительных машин 2СМН-20 из условия размещения в них 76,1 т сухого цемента менее чем по 20 т в каждой.

Продолжительность процесса при цементировании эксплуатационной колонны t_э, мин (8.10):

(8.10)

где п₁ – число агрегатов для закачки буферной жидкости;

п₂ – число агрегатов для закачки цементного раствора;

t_во – время на вспомогательные операции (t_во=15мин).

V_б – объем буферной жидкости, м³ (служит для лучшего вытеснения и замещения буферного раствора тампонажным) (8.11),

V_б = 0,785 (D_д² – d_н²)h_б (8.11)

здесь h_б – высота столба буферной жидкости в заколонном пространстве;

Принимаем h_б=200м; п₁=1 и п₂=7 при производительности 14,5 л/с; t_во=10 мин, тогда:

V_б = 0,785(0,161² – 0,127²)200 = 1,5 м³





Предусматриваем закачку продавочной жидкости при подаче Q^III=8,7 л/с следующим образом:

- 0,98V_пр будем закачивать с помощью 2 агрегатов,

- оставшиеся 0,02V_пр – одним агрегатом, что необходимо для ловли момента «стоп» – момента посадки верхней разделительной пробки на упорное кольцо внизу перед башмаком колонны.

Продолжительность цементирования не должна превышать 75% времени начала схватывания (загустевания) цементного раствора, т.е.

t_з = t_э / 0,75  43,3 мин.

Выбираем тампонажный цемент ПЦГ (портландцемент для горячих скважин ГОСТ 1581-85), имеющий близкое по величине начало схватывания.

Техническая характеристика цементировочного агрегата ЦА-320М:

Монтажная база	шасси автомобиля КрАЗ-257
Цементировочный насос:
Тип	9Т
гидравлическая мощность, л.с	125
ход поршня мм	250
максимальное давление, кгс/см2	320
максимальная подача, л/с	23
Привод	от двигателя автомобиля КрАЗ-257
Водоподающий насос:
Тип	1В
диаметр плунжера, мм	125
ход плунжера, мм	170
подача, л/с	13
давление, кгс/см2	15
Привод	от двигателя ГАЗ-51А
Вместимость мерного бака, м3	6,4
Вместимость цементного бачка, м3	0,25
Диаметр приемных трубопроводов, мм	100
Диаметр нагнетательных трубопроводов, мм	50
Общая длина разборного трубопровода, м	22
Общая масса агрегата, т	17,5

Техническая характеристика цементировочного насоса 9Т агрегата ЦА-320М представлена в таблице 8.1.

Таблица 8.1

Техническая характеристика цементировочного насоса 9Т

Включенная скрость	Диаметр втулки, мм
	100	110	115 (120)		127 (125)
I	1,4/40	1,6/35	2,7/32	2,3/24
II	2,5/32	3,0/28	3,2/26	4,3/19
III	4,8/16	5,1/15	6,0/14	8,7/10,7
IV	8,6/9	7,9/8,5	10,7/8	14,5/6

Техническая характеристика цементосмесительной машины 2СМН-20:

Транспортная база	шасси автомобиля КрАЗ-257
Транспортная грузоподъемность, т				8-10
Объем бункера, м3				14,5
Вместимость бункера (по цементу), т				20
Смесительное устройство		Вакуумно-гидравлическое
Производительность в л/с при приготовлении:				10-20
цементного раствора				8,4-16,67
цементно-бентонитового раствора				16,7-20
глинистого раствора				0,8-1,5
Давление жидкости в линии к смесителю, МПа				13,8
Общая масса незагруженной машины, т				8-10
Способ погрузки цемента в бункер			Шнековым погрузчиком

Предусматриваем использование комплекса КЦС-32 с блоком манифольда 1БМ-700, компьютеризированной станцией контроля цементирования КСКЦ-1 и осреднительной емкостью.

Схемы расстановки и обвязки цементировочного оборудования:

1 – цементировочный агрегат ЦА-320М; 2 – цементировочный агрегат 3ЦА-400А; 3 – цементно-смесительные машины 2СМН-20; 4 – бак для затворения цемента; 5 – осреднительная емкость; 6 – цементировочная головка; 7 – линия подачи продавочной жидкости к ЦА