Расчет продолжительности цементирования

В начале закачки цементного раствора в колонну ЦА преодолевают только гидравлические сопротивления в трубах и кольцевом пространстве. Рассмотрим возможность работы ЦА при закачке облегченного цементного раствора на III скорости (q_цаIII = 0,0141 м³/с). Для этого рассчитаем гидравлические сопротивления:

Р_ТР = 0,826 _т ρ_пр LQ² 10^{ 6} / D_В⁵ =

= 0,826  0,025  1160  4000  (3  0,0141)² 10^{ 6} /0,132⁵ = 4,28 МПа

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

=0,8260,0251552  4000  (3  0,0141)² 10^{ 6} /[(1,040,1905 - 0,140)³(1,040,1905+ 0,140)²] = 10,22МПа

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

Р_ДИН = Р_ТР + Р_КП + Р_ОБ = 4,28 + 10,22 + 0,5 = 15 МПа

Это давление агрегат 3ЦА 400А преодолевает на III скорости при диаметре втулки 110 мм (Р_ЦА = 18 МПа). Поэтому принимаем, что закачка всего объема цементных растворов будет производиться на III скорости.

Тогда время закачки облегченного цементного раствора составит:

Т_Зоцр = V_оцр^­/ (n_цаq_цаIII60) = 36,67 / (3 0,0141  60) = 14,45 мин

Время закачки цементного раствора нормальной плотности:

Т_Зцр = V_цр^­/ (n_цаq_цаIII60) = 14,26 / (1  0,0141 60) = 16,86 мин

Общее время закачки цементных растворов составит:

Т_З = Т_Зоцр + Т_Зцр = 14,45 + 16,86 = 31,3 мин

Продавка цементного раствора в затрубное пространство (закачка продавочной жидкости) обычно начинается на той же скорости работы цементировочных агрегатов, на которой производилась закачка в обсадную колонну. По мере выхода цементного раствора в затрубное пространство давление на устье скважины возрастает и приходится агрегаты переключать на пониженную скорость работы.

Определим глубину, на которую может быть закачена продавочная жидкость в обсадную колонну при работе ЦА на III скорости:

F_КПL 10⁶ F_­КП(Р_ЦАⁱ – P_ДИНⁱ) LF_ТР - V_цр

h_III = -------------- + ----------------------------- + --------------- =

F_ТР + F_КП g(F_ТР + F_КП)(ρ_цр - ρ_р) F_ТР + F_КП

0,025  4000 10⁶ 0,025(18 – 15) 40000,02 – 50,93

= ------------------- + ----------------------------------- + ----------------------- 3109,7= м

0,02 + 0,025 10(0,02 + 0,025)(1850-1160) 0,02 + 0,025

Объем продавочной жидкости, закачиваемой на III скорости:

V _{пр III} = 0,785 D_В² h_III = 0,785  0,132²  3109,7 = 42,53 м³

Примем объем продавочной жидкости, закачиваемой при посадке разделительной пробки на «стоп» кольцо равным 1,5 м³.

Тогда объем продавочной жидкости, закачиваемой на II скорости составит:

V _{пр II} = V _пр - V _{пр III} - V_стоп = 56,21 – 42,53 – 1,5 = 12,18 м³

Время закачки продавочной жидкости:

- на III скорости:

t_{пр III} = V_{пр III}/ (n­_ца q_цаIII 60) = 42,53 / (4  0,0141 60) = 12,57 мин

- на II скорости:

t_{пр II} = V_{пр II}/ (n­_ца q_цаII 60) = 12,18 / (4  0,0095  60) = 5,34 мин

при посадке продавочной пробки:

t_стоп = V_стоп/ (n q_цаI 60) = 1,5 / ( 1  0,0066  60) = 3,8 мин

Общее время продавки составит:

Т_пр =  t_прⁱ + t_стоп = 12,57+ 5,34 + 3,8 = 21,7 мин

Общее время цементирования эксплуатационной колонны:

Т_Ц = Т_З + Т_ПР+ Т_ТНО = 31,3 + 21,7 + 10 = 63  0,75  210 = 157,5 мин

Следовательно, продолжительность цементирования удовлетворяет требованиям правил безопасности.

Проверка ствола скважины на гидроразрыв

В расчетах цементирования необходимо также проверить ствол скважины на гидроразрыв. Проверке должен подлежать наиболее слабый к гидроразрыву пласт, имеющийся в открытом стволе. В данном примере наиболее слабый пласт по ГРП находится на глубине 3425 м, давление ГРП Р_ГРП = 74,6 МПа.

Наибольшее давление на стенки скважины (Р_С) возникает в период окончания подъема цементного раствора в затрубном пространстве на заданную высоту.

Гидростатическая составляющая давления:

Р_СТ =10^-6 gρ_црН_ПЛ = 10^-6  10 1552 3425 = 53,16 МПа

Гидродинамическая составляющая давления:

Р_ДИН = Р­_КП = 0,826 _кп ρ_оцр Н_ПЛQ² 10^{ 6} /[(D_С – D_Н)³/(D_С + D_Н)²]=

=0,8260,0351590  3400  (3  0,0141)² 10^{ 6} /[(1,040,1905 - 0,140)³(1,040,1905 + 0,140)²] = 1,24 МПа

Давление в скважине на наиболее слабый продуктивный пласт составит:

Р_С = Р_СТ + Р_ДИН = 53,16 + 1,24 = 54,4 МПа

Допустимое давление на пласт:

Р_ДОП = Р_ГРП/ k_Б = 74,6/1,2 = 62,16 МПа

Из приведенного расчета следует, что в процессе цементирования давление в скважине у наиболее слабого пласта меньше допустимого, следовательно, гидроразрыва пласта и поглощения цементного раствора происходить не будет.

10