Заканчивание скважин
 Скачать 4.91 Mb.
|
Расчёт режима закачки и продавки тампонажной смесиРасчёт режимов закачки растворов начинают с построения графика изменения давлений на цементировочной головке в зависимости от суммарного объёма закаченных растворов. График строится по трём характерным точкам, между которыми изменение давления на цементировочной головке с некоторой долей условности считают линейным. Это точка начала закачки тампонажного раствора в обсадную колонну, в которой давление на цементировочной головке равно сумме гидравлических сопротивлений в колонне и кольцевом пространстве, точка, соответствующая моменту прихода тампонажного раствора на забой, когда давление на цементировочной головке минимально и точка в конце продавки тампонажного раствора, в которой давление на цементировочной головке максимально. Максимальное давление на цементировочной головке, без учёта давления “Стоп” в конце продавки тампонажной смеси РЦ может быть найдено по формуле: РЦ = РЦГ – РСТ (26) Рассчитаем теперь давление, которое возникает на цементировочной головке в момент прихода тампонажной смеси на забой, Р1Ц (в МПа): Р1Ц = ∆P1ГС + P1Т + P1К (27) где ∆P1ГС - максимальная ожидаемая разность гидростатических давлений в затрубном пространстве и в трубах на момент прихода тампонажной смеси на забой, МПа (эта величина отрицательна); P1Т, P1К - гидравлические сопротивления соответственно в трубах и в затрубном пространстве, МПа; ∆P1ГС можно рассчитать по формуле: ∆P1ГС = 0,001g L1 (ρБР – ρ1СРВЗВ) (28) где L1 - глубина скважины по вертикали, м; g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения; ρБР - плотность бурового раствора, г/см3 (плотность буферного раствора принимается равной плотности бурового раствора); ρ1СРВЗВ – средневзвешенная плотность раствора в обсадной колонне на момент прихода тампонажного раствора на забой, г/см3. Она равна плотности тампонажного раствора ρТР, если необходимый объём тампонажного раствора VТР≥VОК - внутреннего объёма обсадной колонны, равного (в м3): VОК = π d2ОК L / 4, (29) где L – длина обсадной колонны, м; dОК – средневзвешенный внутренний диаметр обсадной колонны, м. В связи с тем, что величина Р1Ц будет иметь малое и даже отрицательное значение, закачку тампонажного раствора до забоя можно производить с максимальной производительностью, которая ограничивается только условием (12) P1З ≤ PГР / (1,2÷1,5). Так как забойное давление с другой стороны равно P1З=P1ГС+P1К, условие (12) можно переписать в виде: P1ГС + P1К ≤ PГР / (1,2 ÷ 1,5) (30) Записав выражение для гидростатического давления на забой P1ГС и преобразовав (30) относительно гидравлического сопротивления в кольцевом пространстве PК получим: P1К≤ PГР / (1,2 ÷ 1,5) – 0,001g L1ρБР (31) где L1 - глубина скважины по вертикали, м; g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения; ρБР - плотность бурового раствора, г/см3. Из формул (17), (31) найдём максимально допустимый расход тампонажного раствора при его закачке до забоя, QМАКС (л/с): QМАКС ≤ √ [PГР / (1,2÷1,5)– 0,1g L1 ρБР] / 8,11λК {ρТР (L–l) / [(DСКВ–DОК)3 (DCКВ+DОК)2] + ρСРВЗВl / [(dКОН–DОК)3 (dКОН+DОК)2]} (32) и гидравлические сопротивления в трубах Р1Т (в МПа) для этого случая из формулы (16): Р1Т = ΣРТi P1Тi = 8,11 λТ ρi Q2МАКС Li / d5ОКi (33) где λТ, К - коэффициенты гидравлических сопротивлений внутри обсадной колонны и кольцевом пространстве, для практических расчетов принимаются равными 0,02 и 0,035 соответственно; DСКВ, DОК, dОК - соответственно средний диаметр скважины, наружный диаметр обсадной колонны и внутренние диаметры участков обсадных труб, см; L - длина обсадной колонны, м. ρi – плотность раствора в секциях обсадной колонны, г/см3. Она равна плотности тампонажного раствора ρТР, если необходимый объём тампонажного раствора VТР ≥ VОК ; Li – длина секций обсадной колонны, м; dОКi – внутренние диаметр секций обсадной колонны, см. Подставив полученные значения ∆P1ГС, P1Т, P1К в (27) найдём величину давления на цементировочной головке в момент прихода тампонажного раствора на забой. Давление на цементировочной головке в момент начала закачки тампонажного раствора в обсадную колонну Р0Ц (в МПа) равна сумме гидравлических сопротивлений в секциях обсадной колонны Р0Т и Р0К, которые рассчитывают по формулам, аналогичным формулам (16) и (17): Р0Т = ΣРТi PТi = 8,11 λТ ρБР Q2МАКС Li / d5ОКi (34) PК= 8,11λК Q2МАКС {ρБР (L – l) / [(DСКВ – DОК)3 (DCКВ + DОК)2]+ + ΡБР l / [(dКОН – DОК )3(dКОН + DОК)2]} (35) где λТ, К - 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; ΡБР – плотность продавочной жидкости, г/см3. Давление на цементировочной головке в начале закачки тамонажного раствора в обсадную колонну не должно быть больше давления в конце продавки. Если по результатам расчёта это условие не выполняется, производят уменьшение QМАКС и пересчитывают давления на цементировочной головке в моменты начала закачки тампонажного раствора в обсадную колонну и его прихода на забой. Таким образом, мы найдём необходимые для построения графика изменения давления на цементировочной головке величины давлений в моменты начала закачки тампонажной раствора Р0Ц, прихода тампонажного раствора на забой Р1Ц и конца продавки РЦ (ординаты графика). Следующий этап – определение суммарных закачанных объёмов ΣV в скважину при цементировании (абсциссы графика). Эти объёмы рассчитывают без учёта закачки буферной жидкости. На момент начала закачки тампонажного раствора объём ΣV0 равен нулю. В момент прихода тампонажного раствора на забой ΣV1 равна внутреннему объёму обсадной колонны VОК. ΣV1 = VОК (36) В конце продавки тампонажного раствора ΣV равен сумме объёмов тампонажного раствора VТР и продавочной жидкости VПР: ΣV = VТР + VПР (37) По полученным данным строят график изменения давления на цементировочной головке. Используя величины давлений, приведённые на графике, производительность ускоренной закачки тампонажного раствора до забоя QМАКС и производительность продавки тампонажной смеси Q выбираем режимы работы конкретных цементировочных агрегатов (диаметры цилиндровой втулки, передачи и соответствующие им производительности цементировочных насосов). На участке продавки тампонажной смеси в заколонное пространство расход можно менять от QМАКС до Q в соответствии с графиком и зависимостью давления от расхода у цементировочных насосов. Затем вычисляем время прихода тампонажного раствора на забой скважины в режиме ускоренной закачки, с производительностью QМАКС, tЗ (в мин): tЗ = 16,7 ΣV1 / (qМАКС (n–1)) (38) где qМАКС- производительность закачки тампонажного раствора в обсадную колонну одним цементировочным агрегатом до забоя в режиме ускоренной закачки л/с; n – число цементировочных агрегатов. Рассчитаем теперь время продавки тампонажного раствора в заколонное пространство цементирования tП (в мин) в режиме нормальной закачки, с производительностью Q: tП = 16,7 (ΣV - ΣV1) / (q (n – 1)), (39) где q - производительность продавки тампонажного раствора в заколонное пространство одним цементировочным агрегатом л/с. Если принято решение менять подачу насосов цементировочных агрегатов в процессе продавки, то необходимо рассчитать время продавки для каждой подачи по формуле (39) и просуммировать полученные времена для определения tП. Затем определяем время цементирования скважины tЦ (в мин): tЦ=tЗАК+15мин=tЗ+tП+15 мин (40) где tЗАК - затраты времени на закачивание тампонажного раствора и его продавку, мин; 15 мин – дополнительное время, необходимое для вывода цементосмесительной машины на режим, освобождения продавочной пробки и получения сигнала “Стоп”. По вычисленному значению tЦ проверяют условие (13). Если это условие не выполняется, то выбирают другой тампонажный раствор (корректируют состав) и повторно рассчитывают этот параметр до выполнения ограничения. Рассчитываем также число агрегатов, задействованных в закачке буферной жидкости, по формуле: nБЖ = VБЖ / VМБ (41) где VБЖ – объём буферной жидкости, м3; VБЖ – объём мерных баков, м3. Время закачки буферной жидкости tБЖ определяем по формуле: tБЖ = 16,7 VБЖ / (qМАКС nБЖ), (42) где VБЖ – объём буферной жидкости, м3; qМАКС - производительность закачки раствора в обсадную колонну одним цементировочным агрегатом в режиме ускоренной закачки л/с; По результатам расчёта количества и выбора цементировочной техники разрабатывают технологическую схему обвязки цементировочного оборудования. Схема обвязки выбирается в зависимости от того, предполагалось ли использование осреднительной ёмкости при цементировании обсадной колонны или нет. На рисунках 1 и 2 приведены два варианта схемы обвязки – без применения осреднительной ёмкости и с осреднительной ёмкостью, соответственно. При цементировании коротких обсадных колонн применение блока манифольда может не потребоваться. Рис. 1. Технологическая схема обвязки цементировочной техники при цементировании эксплуатационной колонны с получением цементного раствора в гидровакуумных цементосмесителях Рис. 2. Схема обвязки цементировочной техники с помощью осреднительной ёмкости |