4) Определяется требуемое количество тампонажного цементного раствора:

Рис. 11.

Первая ступень:

Vц.р.1= 0,785∙((Dскв²∙К- Dн²)∙Н+ d²∙ h)

Dн=146,1 мм.=0,1461 м.

Dскв=215,9 мм.=0,2159 м.

Н=160 м. – по вертикали.

По стволу Н =167,7 м.

d=132,1 мм.0,1321 м.

h=10 м.

К=1,2 – коэф. кавернозности

Vц.р.1= 0,785∙((0,2159²∙1,2-0,1461²)∙167,7+0,1321²∙10)=4,7 м³

Вторая ступень:

Vц.р.2= 0,785∙((Dскв²∙К- Dн²)∙Н2+(Dв.п.к.² - Dн²)∙Н1)

Dн=146,1 мм.

Dскв=215,9 мм.

Dв.п.к.=226,7 мм.

Н1=615,24 м.

Н2=1327,72-615,24-167,7=544,78 м.

К=1,2 – коэф. кавернозности

Vцр2=0,785∙((0,2267²-0,1461²)∙615,24+(0,2159²∙1,2-0,1461²)∙544,78)=29,3 м³.

5) Определяется масса цемента

Первая ступень:

m=0,5

γ(ρ)=(1+0,5)/(1/3,15+0,5/1,0)=1,835 г/см³.

G1=1,05/(1+0,5)∙1,835∙4,7=6,037 тонны.

Вторая ступень:

γ(ρ)=1,40 г/см³.

G2=1,05/(1+0,5)∙1,40∙29,3=28,714 тонны.

6) Определяется объём воды для затворения цемента

Первая ступень:

Vв1=1,1∙0,5∙6,037=3,32 м³.

Вторая ступень:

Vв2=1,1∙0,5∙28,714=15,8 м³.

7) Определяется объём продавочной жидкости

Объём продавочной жидкости определяется по формуле:

Vп.ж.=0,785(d₁²l₁+ d₂²l₂+ d₃²l_3…)Кс+Vм, м³

d₁,d₂,d₃ – внутренние диаметры секций обсадной колонны, м;

l₁,l₂,l₃ – длины секций обсадной колонны, м;

Vм - объем трубопроводов, связывающих цементировочные агрегаты с цементировочной головкой, м³, принимается равным – 0,5 м³;

Кс – коэффициент сжимаемости жидкости за счёт газа (1,02÷1,05).

Первая ступень:

Vпр.ж.=0,785∙d²∙(L1-hст)∙Кс+ Vм =0,785∙0,1321²∙(1327,72-10)∙1,03+0,5=19,1 м³.

L1=1327,72 м.

d=0,1321 м.

Вторая ступень:

Vпр.ж.=0,785∙d²∙L2∙Кс+Vм =0,785∙0,1321²∙1160∙1,03+0,5=16,87 м³.

L2=1160 м.

8) Определяется подача насосов ца для обеспечения необходимой скорости восходящего потока тампонажного цементного раствора в затрубном пространстве (1,8 м/с)

Первая ступень:

Vц.р.1=4,7 м³

Нц.р.1=167,7 м.

Fзатр=(4,7-0,14)/167,7=0,027 м².

Vстак=3,14∙(0,1321/2)²∙10=0,14 м³.

Q1=0,027∙1,8∙10³=48,6 дм³/с.

Вторая ступень:

Vц.р.2=29,3 м³

Нц.р.2 =1327,72-167,7=1160 м.

Fзатр=(29,3-0,14)/1160=0,025 м².

Q2=0,025∙1,8∙10³=45 дм³/с.

9) Определяется максимальное давление на цементировочной головке в конце цементирования

Максимальное давление на цементировочной головке в конце цементирования определяется по формуле:

Рк=Рр+Ртр+Рзатр., МПа

Рр – максимальная ожидаемая разность гидростатических давлений в трубах и затрубном пространстве в конце цементирования, МПа.

Рр=0,01(Нц.р.-h)( ρц.р.- ρп.ж.), МПа

Первая ступень:

h=10 м. - высота цементного «стакана» в обсадной колонне;

Нц.р.1=167,7 м. – высота подъёма цементного раствора;

ρц.р.1=1,835 г/см³ – плотность цементного раствора;

ρп.ж.1= 1,12 г/см³.– плотность продавочной жидкости (бур. раствор).

Рр1=0,01(167,7-10)(1,835-1,12)=1,1276 МПа.

Вторая ступень:

Нц.р.2=1160 м. – высота подъёма цементного раствора;

ρц.р.2=1,40 г/см³ – плотность цементного раствора;

ρп.ж.2= 1,12 г/см³.– плотность продавочной жидкости (бур. раствор).

Рр2=0,01∙1160(1,40-1,12)=3,248 МПа.

Ртр – давление на преодоление гидравлических сопротивлений в трубах, МПа

, МПа

λб.р. – коэффициент гидравлических сопротивлений для бурового раствора (0,02);

Q - подача насосов цементировочных агрегатов, л/с;

Q1=48,6 дм³/с.=0,0486 м³/с

Q2=45 дм³/с. =0,045 м³/с

Нэ.к.1=1327,72м. – глубина спуска обсадной колонны, принимаемая при расчёте первой ступени цементирования.

Нэ.к.2=1160 м.– глубина спуска обсадной колонны, принимаемая при расчёте второй ступени цементирования.

dср =d=0,1321 м.

Первая ступень:

Ртр1=8,26∙0,02∙1,12∙0,0486²∙1327,72/0,1321=4,4МПа

Вторая ступень:

Ртр2=8,26∙0,02∙1,12∙0,045²∙1160/0,1321=3,29МПа

Рзатр. – давление на преодоление гидравлических сопротивлений в затрубном пространстве, МПа.

λц.р. – коэффициент гидравлических сопротивлений для цементного раствора (0,035);

Dср.п.к. =226,7 мм.=0,2267 м.– средний внутренний диаметр предыдущей колонны (кондуктора).

, г/см³

Первая ступень:

ρбуф=1,02 г/см³=1020кг/м³

hбуф1=100,83 м.

ρб.р.=1,12 г/см³=1120кг/м³

hб.р.1=1327,72-100,83= 1226,9 м.

ρср=(1,02∙100,83+1,12∙1226,9)/(100,83+1226,9)=1,1124 г/см³.

Рзатр1=8,26∙0,035∙1,835∙48,6²∙167,7/(21,59-14,61)³/(21,59+14,61)²+

+ 8,26∙0,02∙1,1124∙ 48,6²∙(1327,72-167,7)/(21,59-14,61)³/(21,59+14,61)²= 1,6 МПа.

Вторая ступень:

ρбуф=1,02 г/см³=1020кг/м³

hбуф2=352,91 м.

ρб.р.=1,12 г/см³=1120кг/м³

hб.р.2=1120-352,91=767,09 м.

ρср=(1,02∙352,91+1,12∙767,09)/(352,91+767,09)=1,0885 г/см³.

Рзатр2=8,26∙0,035∙1,40∙45²∙1160/(21,59-14,61)³/(21,59+14,61)²+

+ 8,26∙0,02∙1,0885∙45²∙(1327,72-1160)/(21,59-14,61)³/(21,59+14,61)²=2,27 МПа.

Максимальное давление на цементировочной головке в конце цементирования составит:

Рк=Рр+Ртр+Рзатр., МПа

Первая ступень:

Рк1=1,1276 + 4,4+1,6=7,13 МПа

Вторая ступень:

Рк2=3,248 + 3,29+2,27=8,81 МПа

Цементировочная головка должна быть опрессована на полуторакратное давление, ожидаемое при цементировании: Ропр. ц. г.= 8,81∙1,5=13,22 МПа.

Однако давление открытия циркуляционных отверстий УСЦС составляет 10-20 МПа, следовательно головку следует опрессовать на давление: Ропр. ц. г.=20∙1,5=30 МПа.