О4. Расчет цементирования эксплуатационной колонны

С целью предупреждения перетоков между пластами, упрочнения стенок скважины и изоляции нефте-газо-водоносных горизонтов затрубное пространство между обсадными колоннами и стенками скважины перекрывается цементным раствором.

Цементирование колонны осуществляется в одну ступень.

1. Определяем средний внутренний диаметр обсадной колонны:

(13)

где – внутренний диаметр i секции обсадной колонны, м.;

– длина i секции, м.

2. Определяется объем цементного раствора:

(14)

где: К₁ – коэффициент заполнения каверн, К₁ = 1,2;

h – высота цементного стакана, м;

Н – высота подъема цементного раствора, м;

d – диаметр долота, м;

D – наружный диаметр обсадной колонны, м.

3. Определяем количество сухого цемента для приготовления 1 м³ цементного раствора:

(15)

где – плотность сухого цемента, кг/м³. Для обычных тампонажных цементов плотность сухого цемента 3100-3200 кг/м³.

– плотность воды, кг/м³.

– водоцементное отношение, принимается 0,44 по данным на строительство скважин на Ванкорском месторождении.

кг

4. Определяем плотность цементного раствора:

(16)

5. Определяем количество цемента и воды для приготовления цементного раствора:

(17)

(18)

6. Определяем количество сухого цемента с учетом потерь при затаривании:

(19)

где – коэффициент, учитывающий потери сухого цемента при затаривании цементно-смесительных машин и при приготовлении цементного раствора, .

7. Определяем количество цементно-смесительных машин:

(20)

где – вместимость бункера цементно-смесительной машины, для обычного тампонажного цемента

8. Определяем количество продавочной жидкости:

(21)

где – глубина спуска обсадной колонны, м.;

– коэффициент, учитывающий сжатие продавочной жидкости за счет наличия в ней пузырьков воздуха,

9. Определяем наибольшее рабочее давление в конце цементирования:

(22)

где – давление за счет разности плотностей цементного и глинистого растворов, МПа:

(23)

– давление от гидравлических сопротивлений при движении продавочной жидкости в трубах, МПа:

(24)

где – скорость движения продавочной жидкости в трубах, м/с

(25)

где – скорость движения промывочной жидкости и цементного раствора в затрубном пространстве, для качественного цементирования эта скорость должна быть 1,5 – 2,5 м/с для эксплуатационных колонн;

– коэффициент, характеризующий характер движения жидкости в трубах, определяется в зависимости от критерия Рейнольдса.

(26)

где – структурная вязкость продавочного раствора, МПа*с;

– динамическое напряжение сдвига продавочного раствора, Па.

т.к. , то (27)

Тогда:

– давление от гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве, МПа:

(28)

где – коэффициент, характеризующий характер движения промывочной жидкости в затрубном пространстве, определяется в зависимости от критерия Рейнольдса.

(29)

т.к. , то (30)

Тогда:

– давление от гидравлических сопротивлений при движении цементного раствора в затрубном пространстве, МПа:

(31)

где – коэффициент, характеризующий характер движения цементного раствора в затрубном пространстве, определяется в зависимости от критерия Рейнольдса.

(32)

где – структурная вязкость цементного раствора, МПа*с;

– динамическое напряжение сдвига цементного раствора, Па.

т.к. , то (33)

Тогда:

Находим наибольшее рабочее давление в конце цементирования:

10. Максимальное давление при цементировании:

(34)

где – повышение давления при посадке пробки на кольцо «стоп»,

11. Допустимое время цементирования:

(35)

где – время начала схватывания цементного раствора.

12. Определяем время закачивания цементного раствора одним агрегатом:

Для определения времени закачивания цементного раствора необходимо знать гидравлическое сопротивление в скважине в начальный период цементирования:

(36)

где – гидравлические сопротивления в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости, МПа.

(37)

т.к. Р_гидр < Р_а, где Р_а - давление, развиваемое цементировочным агрегатом на высшей скорости, то закачивание цементного раствора можно производить на высокой скорости.

Тогда время закачивания цементного раствора одним агрегатом:

(38)

где – производительность ЦА, л/с.

13. Определяем время продавки цементного раствора

Для определения времени продавки необходимо знать объемы продавочной жидкости.

Время продавки:

(39)

14. Определяем общее время закачивания и продавки цементного раствора

(40)

где – время закачки цементного раствора;

– время продавки цементного раствора

15. Количество цементировочных агрегатов, исходя из времени цементирования

(41)

Следует дополнительно предусмотреть не менее двух ЦА: один из них для подачи воды, а другой запасной, на случай выхода из строя рабочих ЦА.