Заканчивание скважин
 Скачать 4.91 Mb.
|
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯГидравлический расчет цементирования обсадных колонн проводят для определения необходимой суммарной подачи цементировочных агрегатов Q из условия обеспечения максимально возможной скорости восходящего потока бурового и тампонажного растворов в затрубном пространстве v, допустимого давления на цементировочной головке PЦГ и забое скважины PЗ (в интервале пласта с наименьшим градиентом гидроразрыва), а также для выбора цементировочного оборудования и определения продолжительности процесса цементирования tЦ. При этом принимаются следующие граничные условия: PЦГ ≤ PЦГРАСЧ; (11) PЗ ≤ 0,95 PГР (12) tЦ = tЗАК+15 мин ≤ 0,75 tЗАГ, (13) PГР - давление гидроразрыва пород на забое скважины или в интервале пласта с наименьшим градиентом гидроразрыва, МПа; tЗАК - затраты времени на закачивание и продавливание тампонажного раствора, включая время на получение давления "стоп", мин; tЗАГ - время начала загустевания тампонажного раствора, определяемое консистометром, мин (для ПЦТ–I–100 равно 105 мин); 15 мин – дополнительное время, необходимое для вывода цементосмесительной машины на режим, освобождения продавочной пробки и получения сигнала “Стоп”. Гидравлический расчет цементирования скважин проводят в следующем порядке. Максимальное ожидаемое давление на цементировочной головке РЦГ (в МПа) рассчитывают по формуле: РЦГ = ∆ PГС + PТ + PК + PСТ, (14) где ∆PГС - максимальная ожидаемая разность гидростатических давлений в затрубном пространстве и в трубах в конце процесса цементирования, МПа; PТ, PК - гидравлические сопротивления соответственно в трубах и в затрубном пространстве при принятом значении v, МПа; PСТ = 2,5÷3 МПа - давление момента “Стоп”. Разность гидростатических давлений определяют по формуле: ∆PГС= 0,001g [(L1-H1) (ρБР-ρПР)+(H1–h1) (ρТР-ρПР)] (15) где L1 - глубина скважины по вертикали, м; Н1 — высота подъема тампонажного раствора от башмака колонны по вертикали, м; h1 — высота цементного стакана в колонне по вертикали, м; g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения; ρПР - плотность продавочной жидкости г/см3. Гидравлические сопротивления внутри обсадной колонны РТ и в затрубном пространстве РК (в МПа) в конце продавки тампонажной смеси находят по формулам Дарси-Вейсбаха: РТ = ΣРТi PТi = 8,11 λТ ρПР Q2 Li / d5ОКi (16) PК = 8,11λК Q2 {ρТР (L–l) / [(DСКВ – DОК)3 (DCКВ + DОК)2] + ρСРВЗВ l / [(dКОН– DОК)3 (dКОН + DОК)2]} (17) где λТ, λК - коэффициенты гидравлических сопротивлений внутри обсадной колонны и кольцевом пространстве, для практических расчетов принимаются равными 0,02 и 0,035 соответственно; DСКВ, DОК, dКОН - соответственно средний диаметр скважины, наружный диаметр обсадной колонны и внутренний диаметр кондуктора, см; Q - производительность закачки раствора, л/с; L - длина обсадной колонны, м; l - длина кондуктора, м; dОКi - внутренние диаметры секций обсадной колонны, см; РТi - гидравлические сопротивления внутри секций обсадной колонны, имеющих диаметры dОКi, МПа; Li – длина секций обсадной колонны, м; ρСРВЗВ - средневзвешенная плотность раствора в кондукторе в конце продавки тампонажной смеси, г/см3. Равна ρТР при цементировании колонны до устья; ρПР – плотность продавочной жидкости, г/см3. Производительность закачки цементного и бурового растворов (в л/с): Q = 0,0785 (D2СКВ – D2ОК) v (18) где v – скорость подъёма тампонажного раствора в кольцевом пространстве в м/с. Исходя из конкретных геолого-технических условий и практики цементирования скважин в данном районе выбирают максимально допустимую скорость восходящего потока бурового и тампонажного растворов в скважине v к моменту окончания продавки, когда имеются наиболее благоприятные условия гидроразрыва пород. (выше было указано, что за оптимальную для цементирования эксплуатационных колонн скорость восходящего потока принимают 1,8-2 м/с, для кондуктора и промежуточных колонн 1,5 м/с). Максимальное ожидаемое давление на забое скважины РЗ (в МПа) равно: PЗ = PГС + PК, (19) где PГС – гидростатическое давление на забой со стороны составного столба тампонажного раствора, буферной жидкости и бурового растворов (в МПа): PГС = 0,001 g [(L1 – H1) ρСРВЗВ + H1 ρТР] (20) По вычисленным PЦГ и PЗ проверяют условия (11), (12). Если одно из этих условий не выполняется, то корректируют v или выбирают другой тампонажный раствор (корректируют состав) и повторно рассчитывают эти параметры до выполнения ограничений. Затем рассчитывают давление на цементировочных насосах цементировочных агрегатов РЦА (в МПа): РЦА ≥ РЦГ/0,8 (21) По расчетным значениям Q и PЦА выбирают тип цементировочных агрегатов (ЦА), количество которых определяется из соотношения n = Q / q + 1 (22) где q — производительность одного ЦА при давлении РЦА; 1 – резервный агрегат. Затем проверяется, достаточно ли суммарного объёма мерных баков цементировочных агрегатов VМБ (в м3) для воды затворения тампонажной смеси: VМБ = 6n ≥ VВ (23) где VВ взято из формулы (8). Если условие (23) не выполняется, и нет возможности доливать мерные баки в процессе цементирования, то количество цементировочных агрегатов увеличивается. Требуемое количество цементосмесительных машин m определяется по формуле: m = Q / qСМ (24) где qСМ - производительность одной цементосмесительной машины, л/с. Затем проверяется, достаточно ли суммарной массы тампонажной смеси в бункерах цементосмесительных машин G (в тоннах) для цементирования колонны: G = m GБ ≥ GСУХ (25) где GСУХ - требуемая суммарная масса сухого тампонажного материала из формулы (6), т; GБ - вместимость бункера смесителя, т. Если условие не выполняется и нет возможности дозагрузки бункеров цементосмесительных машин при цементировании обсадной колонны, их количество увеличивается. В случае использования осреднительной ёмкости, в дополнение к проведённому выше расчёту, определяют необходимое количество цементировочных агрегатов для перекачки тампонажного раствора от цементосмесительных машин в ёмкость. Расчёт ведется с учётом того, что цементировочные насосы ЦА можно использовать в режиме максимальной подачи с минимальным развиваемым давлением. При этом водоподающие насосы этих цементировочных агрегатов и их мерные ёмкости можно применить для затворения тампонажной смеси. |