Цементные мосты. Задача 1 Произведите расчет основных показателей процесса гидравлического пласта, осуществляемого в скважине. Дано

• Название: Задача 1 Произведите расчет основных показателей процесса гидравлического пласта, осуществляемого в скважине. Дано
• Анкор: Цементные мосты
• Дата: 22.04.2023
• Размер: 78.6 Kb.
• Имя файла: kontr_3-8.docx
• Тип: Задача; #1081710

Задача №1

Произведите расчет основных показателей процесса гидравлического пласта, осуществляемого в скважине.

Дано:

Глубина скважины Н = 2700 м

Толщина пласта h = 15 м

Пластовое давление Р_пл = 12 МПа

Плотность жидкости песконосителя р_ж.п = 950 кг/м³

Вязкость жидкости песконосителя µ_ж.п = 250 мПа∙ с

Решение задачи:

Основными расчетными показателями процесса ГРП являются: давление разрыва пласта, расход рабочих жидкостей и песка, число насосных агрегатов.

1. 
   Определяем давление разрыва пласта:
   

P_p = P_в.г - P_пл + S_p, МПа

где Р_{в г}- вертикальное горное давление, МПа;

Р_пл - пластовое давление, МПа;

S_p- давление расслоения горных пород, принимают равным 1,5 МПа

Вертикальное горное давление составит:

Р_в.г = ρ_п ∙ g ∙ H = 2500 ∙ 9,8 ∙ 2700 = 66,15 МПа

где р_п - плотность вышележащих пород, р_п =2500 кг/м³;

Н - глубина скважины, м.

P_p = 66,15 – 12 + 1,5 = 55,65 МПа

2. 
   Определяем давление на устье скважины:
   

P_y = P_p - ρ_ж.п ∙ g ∙ H + ∆P_тр , МПа

где р_{ж п} - плотность жидкости с песком, кг/м³;

Р_тр - потери давления на трение, МПа.

ρ_ж.п = ρ_ж.п ∙ (1- β_n) + ρ_n ∙ β_n = 950 ∙ (1- 0,088) + 2600 ∙ 0,088 = 1095,2 кг/м³

где р_ж.п- плотность жидкости песконосителя, кг/м³;

β_n - объемная концентрация песка в смеси;




р_п -плотность песка, принимаем - 2600 кг/м³.

где С_п - концентрация песка в смеси и зависит от вязкости жидкости - песконосителя и темпа ее закачки, С_п = 250...300 кг/м³

Потери давления на трение рассчитывают по формуле Дарси-Вейсбаха

∆P_тр = λ ∙ , МПа

где λ - коэффициент гидравлического сопротивления, определяется в зависимости

от числа Рейнольдса

λ=0,05 при µ_ж.п=250 МПа с

ϑ - скорость движения жидкости в трубах, м/с , принять приближенно ϑ = 5.5 м/с.

d_вн – внутренний диаметр НКТ, d_нкт = 89 мм, толщина стенок – 6 мм, d_вн = 77 мм

∆P_тр = 0,05 ∙ = 29,04 МПа

P_y = 55,65 – (1095,2 ∙ 9,8 ∙ 2700) ∙ 10^-6 + 29,04 = 55,69 МПа

3.Устанавливаемобъем жидкости разрыва, исходя из конкретных условий.

По опытным данным объем жидкости разрыва изменяется от 4 до 6 м³ на 10 мтолщины пласта.

• 
  Устанавливаем объем жидкости разрыва равным 5 м³
  

4. Определяем объем жидкости – песконосителя ( промысловая нефть)

V_ж.п = , м³

где Q_n- количество песка, кг (считается целесообразным закачивать 6-10 т песка)

V_ж.п = = 40 м³

5. Определяем объем продавочной жидкости при закачке в НКТ

V_п.р = 0,785 ∙ d²_вн ∙^∙H = 0,785 ∙ 0,077² ∙^∙2700 = 12,56 м

6. Определяем необходимое число насосных агрегатов

N =

где Q = 0,0I5 м³ /с - темп закачки;

Р_агр - рабочее давление агрегата 4АН-700 = 52,9 МПа ;

q- подача агрегата при данном давлении, принимаем равным 8,5 л³/с;

k = 0,5..08 - коэффициент технического состояния агрегата.

N = 3,1 = 4 агрегата

Задача №2

Определите давление на выкиде насоса при прямой промывке забоя с учетом потерь давления: на гидравлические сопротивления при движении жидкости по трубам; при движении жидкости с песком в кольцевом пространстве; на уравновешивание столбов жидкости, а также скорость восходящего потока и необходимую мощность двигателя. Промывка производится водой.

Дано:

Глубина скважины Н = 1700 м

Диаметр эксплуатационной колонны D_э = 168 мм

Диаметр промывочных труб d = 73 мм

Размер песчинок δ = 1,1 мм

Решение задачи:

При ликвидации песчаных пробок в скважине применяют прямую и обратную промывку. Обратная промывка требует более высокого давления на выкиде насоса, создает большое забойное давление, в несколько раз ускоряет вынос песка.

При прямой промывке создается высоконапорная струя, что способствует лучшему размыву песчаной пробки.

1.Выбираем тип промывочного агрегата:

• 
  насосная установка УН 1Т-100-200
  

число оборотов тягового двигателя 1070об/ мин¹ (максимальная мощность двигателя 83 кВт)

Включенная передача автомобиля	Число двойных ходов плунжера насоса в мин	Давление. МПа	Идеальная подача, дм3
II	49,8	20,0	3,8
Ш	72,8	17,1	5,6
IV	110,0	11,3	8,4
V	168,0	7,4	12,9

2.Определяем потери давления на гидравлические сопротивления при движении жидкости по трубам при работе агрегата на каждой скорости по формуле Дарси-Вейсбаха:

h₁= λ , м.вод.ст.,

где _λ- коэффициент при движении воды в трубах: для труб диаметром: 73 мм – λ = 0.034;

d_в - внутренний диаметр промывочных труб, м;

- скорость нисходящего потока жидкости, м/с.

Эти скорости находятся путем интерполирования для соответствующих расходов жидкости при I, II, III и IV скоростях. Расход жидкости (подачу насоса, л/ с) выбирают по технической характеристике выбранного насосного агрегата.

Для I скорости: подача равна 3,8 дм³/с - = 1,26 м/с

h₁= 0,034 = 75,51 м.вод.ст.,

Для II скорости: подача равна 5,6 дм³/с - = 1,85 м/с

h₁= 0,034 = 162,78 м.вод.ст.,

Для III скорости: подача равна 8,4 дм³/с - = 2,78 м/с

h₁= 0,034 = 367,6 м.вод.ст.,

Для IV скорости: подача равна 12,9 дм³/с - = 4,27 м/с

h₁= 0,034 = 867,2 м.вод.с

3. Определяем потери давления на гидравлические сопротивления при движении жидкости с песком в кольцевом пространстве:

, м.вод.ст.,

где φ = 1,1 – 1,2 - коэффициент, учитывающий повышение гидравлических потерь давления в результате содержания песка в жидкости;

λ-коэффициент трения при движении воды в кольцевом пространстве, принимаем λ=0,035;

d - диаметр промывочных труб, м;

D - диаметр эксплуатационной колонны, мм;

- скорость восходящего потока жидкости в кольцевом пространстве, м/с, определяется согласно расходу жидкости при I, II, III и IV скоростях.

Для I скорости: = 0,28 м/с

= 3,52 м.вод.ст.,

Для II скорости: = 0,41 м/с

= 11,32 м.вод.ст.,

Для III скорости: = 0,62 м/с

= 27,20 м.вод.ст.,

Для IV скорости: = 0,96 м/с

= 59,26 м.вод.ст.,

4.Определяем потери напора на уравновешивании столбов жидкости разной плотности в промывочных трубах и в кольцевом пространстве по формуле К.А.Апресова:

, м. вод.ст.,

где - пористость песчаной пробки, = 0,3;

F = 0,785 ∙ D_вн = 0,785 ∙ 0,150² = 0,01766 м² = 176,6 см²

– площадь сечения кольцевого пространства скважины,

= 0,785 ∙ (D²_вн – d²) = 0,785 ∙ (0,150² – 0,073²) = 0,01348 м² = 134,8 см²

- высота пробки, промытой за один прием, принимаем равной 14 м;

ρ_п – плотность песка, ρ_п = 2500 кг/м³_;

ρ_ж – плотность воды, кг/м³;

ϑ_в – скорость восходящего потока жидкости, см/с;

ϑ_кр – критическая скорость падения частичек, ϑ_кр = 10,26 см/с;

Для I скорости:

= 7,51 м. вод.ст.,

Для II скорости:

= 11,24 м. вод.ст.,

Для III скорости:

= 13,96 м. вод.ст.,

Для IV скорости:

= 15,82 м. вод.ст.,

5.Потери давления на гидравлические сопротивления в шланге, в вертлюге, нагнетательной линии от насоса до шланга при движении воды определяются опытным путем, принимаем на скорости:

Для I скорости: (h₄+ h₅+ h₆) = 6 м. вод.ст.;

Для II скорости: (h₄+ h₅+ h₆) = 13,1 м. вод.ст.;

Для III скорости: (h₄+ h₅+ h₆) = 28,2 м. вод.ст.;

Для IV скорости: (h₄+ h₅+ h₆) = 44 м. вод.ст.;

6.Определяем давление на выкиде насоса на I, II, III и IV скоростях:

Р_н = ∙ρ_ж∙ g∙(h₁+ h₂+ h₃ + h₄+ h₅+ h₆) , МПа

Для I скорости: Р_н = ∙1000 ∙ 9,8∙ (75,51+ 3,52+ 7,51 + 6) = 0,91 МПа

Для II скорости: : Р_н = ∙1000 ∙ 9,8∙ (162,78+ 11,32+ 11,24 + 13,1) = 1,94 МПа

Для III скорости: : Р_н = ∙1000 ∙ 9,8∙ (367,6+ 27,2+ 13,96 + 28,2) = 4,28 МПа

Для IV скорости: : Р_н = ∙1000 ∙ 9,8∙ (867,2+ 59,26+ 15,82 + 44) = 9,66 МПа

7.Определяем мощность, необходимую для промывки песчаной пробки при работе агрегата на I, II, III и IV скоростях:

N = Р_н ∙ Q/ 10³∙ η_а, кВт

где Q – подача агрегата, л/с;

η_а = 0,65 – общий механический КПД агрегата.

Для I скорости: N = 0,91∙10⁶ ∙ 3,8 ∙ 10^-3 / 10³∙ 0,65 = 5,32 кВт

Для II скорости: N = 1,94 ∙10⁶ ∙ 5,6∙ 10^-3 / 10³∙ 0,65 = 16,71 кВт

Для III скорости: N = 4,28∙10⁶ ∙ 8,4∙ 10^-3 / 10³∙ 0,65 = 55,31 кВт

Для IV скорости: N = 9,66∙10⁶ ∙ 12,9 ∙ 10^-3 / 10³∙ 0,65 = 191,71 кВт

Сравниваем полученные мощности с максимальной мощностью двигателя выбранного агрегата.

Так как насосная установка УН1Т – 100 – 200 имеет номинальную полезную мощность 83 кВт, то работа ее на IV скорости невозможна.

8. Выбираем оптимальную скорость работы с учетом использования максимальной мощности промывочного агрегата. Определяем коэффициент использования мощности промывочного агрегата:

К = ∙ 100%

Для I скорости: К = ∙ 100% = 6,4 %

Для II скорости: К = ∙ 100% = 20,1 %

Для III скорости: К = ∙ 100% = 66,6 %

Задача №3

Проведите выбор необходимого количества материалов и оборудования для установки цементного моста ниже интервала нарушения. Нарушение сообщается с зоной поглощения промывочной жидкости.

Дано:

Диаметр эксплуатационной колонны D_э = 168 мм

Толщина стенки эксплуатационной колонны σ_экс = 10 мм

Диаметр НКТ (насосно-компрессорных труб) d = 73 мм

Толщина стенки НКТ σ_нкт = 5,5 мм

Интервал устанавливаемого моста Н_м = 1000 – 950 м

Плотность добываемой жидкости ρ_ж = 1,05 г / см³

Высота цементного моста h = 50 м

Дефект в эксплуатационной колонне на глубине Н_д = 500 м

Водоцементное отношение m = 0,45

Плотность цементного раствора ρ_ц.р = 1,9 т / м³

Температура в скважине t = 60^оС

Решение задачи:

1. 
   Определяем объём одного погонного метра (1 п. м.):
   

- эксплутационной колонны V_{эк. к} ;

V_{эк. к} = = = 0,017м³

- кольцевого пространства V_{к. п.} ;

V_к.п = = = 0,013 м³

- насосно- компрессорных труб V_НКТ

V_нкт = = = 0,003 м³

2. 
   Определяем объём цементного раствора для установки цементного моста по формуле:
   

V_ц.р = h · V_{эк. к} , м³

где h- высота цементного моста.

V_ц.р = 50 · 0,017 = 0,85 м³

3. 
   Находим количество сухого цемента:
   

, т

где m - водоцементное отношения (m= 0,4-0,5);

_{ц. р} - плотность цементного раствора, т/м³

= 1,12 т

4.Определяем объём пресной воды:

V_в = (V _зат + V _р + V^´ _р)·K, м³

где V _зат – объём воды для затворения цемента, м³

V _р – разделительная жидкость («подушка» пресной воды) перед цементным раствором,

V _р= 0,5÷ 1м³;

V^´ _р - разделительная «подушка» после цементного раствора;

K – коэффицент запаса учитыващий потери жидкости при затворении, K=1,5.

V _зат = Ц · m = 1,12·0,45 = 0,504 т/м³

Объём разделительной «подушки» после цементного раствора определяют из условий равновесия объёмов в кольцевом и трубном пространстве, то есть



Следовательно

= 0,23 м³

V_в = (0,504 + 1,0 + 0,23)·1,5 = 2,6 м³

5. 
   Находим объём продавочной жидкости
   

,м³

где H_м – нижняя граница интервала установленного моста, м

м³

6.Определяем общий объём глинистого раствора

, м³

где V_цир – объём глинистого раствора для восстановления циркуляции перед цементированием, м³.

В случае когда наблюдается частичное поглощение промывочной жидкости принимается,

V_цир = 2 ÷ 3 м³

= 3,85 м³

7.Определяем время, необходимое для полного заполнения колонны заливочных труб при работе ним агрегатом ЦА-320 М на III скорости при диаметре втулок 100мм

= = 9,13 мин

где q_III – подача цементного насоса 9Т на III скорости, q_III = 5,2дм³/с

V₃ = V_пр – объём колонны заливочных труб, м³.

8.Определяем время вымыва излишка тампонажного раствора при обратной промывке при работе агрегатом ЦА-320М на IV скорости :

= = 6,01 мин

где q_IV = 7,9дм³/с

9.Находим время на затворение и продавку тампонажного раствора в пласт

, мин

где T_доп – время начала схватывания цементного раствора (для горячих скважин) = 105 мин ;

Т_о = 5 ÷ 10 мин – время на подготовление и заключительные работы при затворении цемента

= 79,86 мин.

Задача №4

Выбрать способ, жидкость глушения, необходимое оборудование, материалы, их количество для глушения скважин. Составить схему глушения, план работ.

Дано:

Глубина скважины Н_ф = 1810 м

Диаметр эксплуатационной колонны D_э = 146 мм

Пластовое давление Р_пл = 18,59 МПа

Способ эксплуатации - УСШН

Диаметр НКТ (насосно-компрессорных труб) d = 60 мм

Глубина спуска насоса L (L_н) = 1100 м

Дебит скважины Q_ж = 28 м³/ сут.

Обводненность продукции n_в = 16 %

Плотность нефти ρ_н = 850 кг / м³

Плотность воды ρ_в = 1120 кг / м³

Тип насоса – НСН2 – 43

Штанги – 22,19

Вид ремонта – Ревизия насосов

Условия перемещения – грунтовые дороги

Наличие вышки - имеется

Решение задачи:

1.Выбираем способ глушения в зависимости от величины пластового давления, приемистости и литологии пласта, вида спущенного в скважину оборудования, вида применяемой жидкости.
Основным требованием при выборе способа и жидкости глушения является обеспечение необходимого противодавления на забой скважины и предупреждение ухудшения проницаемости призабойной зоны.

Глушение может производиться следующими способами:

• 
  Глушение с полной заменой скважинной жидкости производится, если: колонна НКТ или хвостовик спущены до продуктивного пласта; башмак колонны НКТ или насос находятся выше пласта, но пласт имеет хорошую приёмистость и поднасосная жидкость может быть продавлена в пласт без опасности ухудшения проницаемости призабойной зоны (например, при отсутствии глин в продуктивном пласте).
  
• 
  Глушение частичной заменой скважинной жидкости (без задавки в пласт) рекомендуется в случае низкой приёмистости или опасности засорения пласта продавливаемой загрязнённой жидкостью, при насосном способе эксплуатации
  

Выбираем глушение с частичной заменой скважинной жидкости

2. Определяем плотность жидкости глушения из условия создания противодавления на пласт

ρ_гл = ( Р_пл + (0,1…0,25) ∙ Р_пл)10⁶ – ρ_см∙g∙ Н + ρ_см =

g ∙ L

= ( 18,59 + 0,1 ∙ 18,59 ) 10⁶ – 893,2 ∙9,8 ∙ 1810 + 893,2 = 1311,24 кг/м³

9,8 ∙ 1100

ρ_см = ρ_в ∙ n_в + ρ_н ∙ (1 - n_в) = 1120 ∙ 0,16 + 850 ∙ (1 - 0,16) = 893,2 кг/м³

где ρ_гл - плотность жидкости глушения, кг/м³;

(0,1...0,25) ∙ Р_пл - величина противодавления на пласт согласно требованиям правил безопасности ведения работ, МПа;

3. Выбираем жидкость глушения в соответствии с рассчитанной плотностью и особенностью пласта.

• 
  Глинистый раствор
  

4. Определяем объем жидкости глушения

V_р = 0.785 ∙ ψ ∙ D_в² ∙ L_н = 1,1 0,785 0,130² 1100 = 16,05 м^{3 ,}

где ψ - коэффициент запаса количества жидкости глушения,

ψ = 1,05 - 1,1;

D_в — внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м.

5.Определяем количество материалов для приготовления растворов:

5.1 Количество утяжелителя ( глины):

Мут =  Vр , кг

ρ_ут – плотность применяемого утяжелителя (глина) ρ_ут = 2700 кг/м³

ρ_в – плотность пресной воды, равная 1000кг/м³

М_ут = ((1311,24 – 1000) 2700 16,05) / (2700 – 1000) = 7933,87 кг = 7,93 т

2. 
   Количество воды
   

 =  , м³

V_в = (16,05 1311,24 – 7933,87) / 1000 = 13,11 м³

6.Определяем количество жидкости для долива при подъёме НКТ

- без жидкости

Vg =  , м³

 _м – плотность металла, кг/м^{3 } _м = 7850 кг/м³

d – внутренний диаметр НКТ, м

М_нкт – масса колонны НКТ, кг

М_нкт = m L = 6,8 1100 = 7480 кг

где m – масс 1 м.п. труб, кг/м

Vg = 7480 / 7850 = 0,95 м³

- при подъёме НКТ с жидкостью

Vg =  , м³

Vg = (7480 / 7850) + 0,785 0,0503² 1100 = 2,28 м³

7. Выбираем промывочный агрегат исходя из необходимого давления на устье при глушении скважины.

Для условий задачи Р_у ≤ 5 МПа.

ЦА – 320М

Монтажная база – КрАЗ – 257

Тип двигателя водоподающего насоса – ГАЗ – 51

Водоподающий насос: 1В

Подача, дм³/с – 13

Давление на выкиде, МПА – 1,5

Объем мерного бака, м³ – 6,4

Масса установки, кг - 17500

8. Определяем количество автоцистерн:

n = V_пр ρ_п / q_а = (16,05 1,31) / 9 = 2,4 = 3 машины

q_а – грузоподъемность автоцистерны 4ЦР, q_а = 9 т

9.Составляем схему размещения и обвязки наземного оборудования и план работ при глушении скважин.
ЦА - 320

ЦН



Схема расположения наземного оборудования при глушении скважины

Эксплуатационная колонна

НКТ

4 ЦР


План глушения скважины:

1.Расставить оборудование в соответствии со схемой расстановки оборудования при глушении скважины.

2.Собрать нагнетательную линию , опрессовать на полутарократное максимальное ожидаемое давление, но не выше опрессовки эксплуатационной колонны.

3.Закачать жидкость глушения в объеме 16,05 м³ плотностью 1209,24 кг/м³

4.Закрыть задвижки, стравить давление до атмосферного.