Гидравлический расчет цементирования

Для выбора типа цементировочных агрегатов рассчитаем максимальное давление на устье скважины в конце цементирования, его гидростатичекую и гидродинамическую составляющие.

Гидростатическая составляющая давления на устье в конце цементирования:

Р_СТ = 10^-6g(ρ_оцр - ρ_пр)(Н_Ц –h) + (ρ_цр - ρ_пр)(Н - Н_Ц - h_ст) =

= 10^-6 10(1590 - 1160)(3100-900) + (1850 - 1160)(4000 - 3100 - 10) = 15,6 МПа

Суммарная производительность цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора для обеспечения турбулентного режима течения жидкости в затрубном пространстве (w_кп = 1,8 м/с) должна составлять:

Q_ = 0,785(D_Д) ² – D_Н² w_кп = 0,785[(1,040,1905)² - 0,140²1,8 = 0,0275 м³/с

Потери давления в трубах и кольцевом пространстве составят:

Р_ТР = 0,826 _т ρ_пр LQ² 10^{ 6} / D_ВСР⁵ =

= 0,826  0,025  1160  4000  0,0275² 10^{ 6} /0,132⁵ = 1,81 МПа

Р_КП = 0,826 _кп ρ_цр LQ² 10^{ 6} /[(D_С – D_Н)³ (D_С + D_Н)²]=

= 0,8260,0351552 4000 0,0275² 10^{ 6}/[(1,040,1905 - 0,140)³ (1,040,1905 + 0,140)²] = 6,05 МПа

ρ_{цр ср} = (1160 900 +1590 2200 + 1850 900)/4000 = 1552 кг/м³

Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем Р_ОБ = 0,5 МПа):

Р_ДИН = Р_ТР + Р_КП + Р_ОБ = 1,81 + 6,05 + 0,5 = 8,36 МПа

Максимальное давление на устье в конце цементирования составит:

Р_МАХ = Р_СТ + Р_ДИН = 15,6 + 8,36 = 23,9 МПа

По величине этого давления выбираем тип цементировочных агрегатов - 3ЦА 400А.

Возможные режимы работы 3ЦА 400А для преодоления Р_МАХ

Номер режима	Диаметр втулок, мм	№ скорости (передачи)	Развиваемое давление, МПа (РЦА)	Производительность, м3/с (qца)
1	110	I	40	0,0066
2	110	II	27	0,0095
3	125	I	30	0,0088
4	125	II	21	0,0126
5	140	I	23	0,0112
6	140	II	16	0,0161

Исходя из анализа данных табл., по максимальной производительности цементировочного агрегата для закачки продавочной жидкости в конрце цементирования принимаем режим № 2.

Количество ЦА, участвующих в продавке цементного раствора, определится из выражения:

n_ца = Q_ /q_ца = 0,0275/0,0095 ≈ 3

В соответствии с принятым типом цементировочного агрегата выбираем тип цементосмесительных машин – АС-30, т.к. у него есть водоподающий насос, а у 3ЦА 400А его нет.

Количество смесительных машин для размещения глиноцементной смеси:

n_см = G_тс/(m_н  V_б) = 35,32 /(1,2  14) ≈ 3

Количество смесительных машин для размещения цемента:

n_см = G_ц/(m_н  V_б) = 18,07/(1,4  14) ≈ 1

На основании проведенных расчетов принимаем следующую схему обвязки цементировочной техники:

- на приготовлении и закачке облегченного цементного раствора - 3 смесителя и 3 3ЦА 400А.;

- на приготовлении и закачке цементного раствора нормальной плотности – 1 смеситель и 1 3ЦА 400А.;

- на закачке продавочной жидкости – 4 3ЦА 400А.;

- на продавке и посадке разделительной пробки – 1 3ЦА 400А..

Общее количество цементировочной техники: АС-30 – 4 шт, 3ЦА 400А. – 5 шт.