2.9. Расчет цементирования обсадной колонны

Цементирование скважины осуществляется с целью разобщения пластов с заполнением заданного интервала заколонного пространства скважины. Для данной скважины применяется одноступенчатое цементирование, т. е. цементный раствор подается за один прием.

Схема цементирования обсадной колонны представлена на рис. 2.8.1.

Рис. 2.8.1. Схема цементирования обсадной колонны

Н – глубина скважины;

h –высота цементного стакана;

- высота соответственно поднятия цементного раствора, столба буферной жидкости и бурового раствора.

- плотность соответственно цемента, буферной жидкости и бурового раствора.

1) Определение высоты столба буферной жидкости:

, (2.9.1)

где z_пл – отметка продуктивного горизонта от устья, м; ρ_б – плотность буферной, г/см³; ρ_в – плотность пресной воды, г/см³.

.

Так как превышает глубину скважины, плотность буферной жидкости выбираем из следующего соотношения ( , буферная жидкость должна быть минимально минерализована по отношению к буровому раствор, то есть ее плотность по значению должна быть близка к плотности бурового раствора) и принимаем высоту столба буферной жидкости равной , что достаточно для качественного цементирования.

2) Определение высоты столба бурового раствора за колонной:

. (2.9.2)

.

3) Расчет необходимого объема цементного раствора:

, (2.9.3)

где K₁ – коэффициент заполнения каверн,K₁=1,15, D – диаметр скважины, d₁ – наружный диаметр обсадной трубы, d₂ – внутренний диаметр обсадной трубы.

4) Определение потребного количества сухого цемента:

, (2.9.4)

где m – водоцементное отношение (m = 0,5), k₂ – коэффициент учитывающий потери (k₂=1,05).

.

5) Определение количества воды для приготовления расчетного объема цементного раствора:

, (2.9.5)

где

6) Определение потребного объема продавочнго раствора:

, (2.9.6)

где Δ – коэффициент сжимаемости бурового раствора, Δ = 1,04, V_м - вместимость манифольда, V_м= 0,8 м³ .

.

7) Определение максимального давления перед посадкой пробки на упорное кольцо:

P_max = P₁ + P₂, (2.9.7)

где P₁ – давление создаваемое за счет разности плотностей жидкости в затрубном пространстве и в трубах, P₂ – давление необходимое для преодоления гидравлического сопротивления.

, (2.9.8)

Р₁ = 0,01[13001,199 +2001,3 + 4501,86 –20 1,86- (1950 – 20)  1,199] = 3 МПа.

По формуле Шищенко – Бакланова:

Так как Н > 1500, то Р₂ = 0,001  Н + 0,8;

Р₂ = 0,0011950 + 0,8 = 2,75 МПа,

P_max = 3 + 2,75 = 5,75 МПа;

8) Определение необходимого числа цементировочных агрегатов из условий обеспечения определенной скорости течения цементного раствора в кольцевом пространстве:

_ц = 2 м/с.

Определение потребной подачи цементировочных агрегатов для обеспечения выбранной скорости:

, (2.9.9)

где F_з – площадь затрубного пространства, м³.

, (2.9.10)

где V_ст – объем цементного раствора образующего стоп-кольцо.

, (2.9.11)

где h- высота цементного стакана, стоп-кольца, h=20 м.

.

.

Q = 0,016  2 = 0,03 м³/с = 30 дм³/с.

Марка агрегата: ЦА-320М

Q_IV = 10,7 дм³/с, P_IV = 8 МПА

Потребное число цементировочных агрегатов:

, (2.9.12)

.

Необходимое количество цементировочных агрегатов принимается n = 4.

9) Определение необходимого количества цементосмесительных машин:

, (2.9.13)

где V_бун – объем бункера цементосмесительной машины, _н – насыщенная объемная масса цемента = 1,21 [т/м³], V_{бун =}14,5 _м³.

Марка цементосмесительной машины: 2СМН-20.

, принимается m = 1

10) Определение количества цементировочных агрегатов при закачке буферной жидкости объемом V_б:

. (2.9.14)

V_б = 0,785  (0,2159² – 0,1683²)  200 = 2,87 м³.

V_мб = 6,4 м³ –вместимость одного мерного бака ЦА-320М.

V_б < V_мб, тогда n₁ = 1(один цементировочный агрегат).

11) Определение числа цементировочных агрегатов при закачке цементного раствора:

n₂ = 2m = 2.

12) Определение продолжительности закачки цементного раствора:

Предусматривается закачивание 0,98V_пр с помощью (n -1) цементировочных агрегатов на IV передаче.

Оставшиеся 0,02V_пр будут закачиваться одним агрегатом при той же подаче, что необходимо для ловли момента «стоп» - момента посадки верхней пробки на упорное кольцо.

. (2.9.15)

мин.

13) Выбор цементного раствора для цементирования обсадной колонны характеризующийся временем загустевания:

мин.

Принимается цементный раствор на основе портландцемента (марка ПЦГ) со следующими характеристиками: растекаемость Р = 14 см, начало схватывания Н_схв = 1,5 ч, конец схватывания К_схв = 3 ч, ожидание затвердевания цемента ОЗЦ не более 24 часов.

Цементирование скважин осуществляется с целью разобщения пластов при заполнении заколонного пространства скважины или участка обсадной колонны суспензией вяжущих материалов. От качества разобщения пластов в значительной степени зависит долговечность эксплуатации скважин на нефть и газ. В данном проекте применен одноступенчатый способ цементирования, то есть в заданный интервал подается тампонажный раствор за один прием.