6. 4. Схема к расчету цементирования обсадной колонны:

Н – глубина скважины, м; Н₁ – высота подъема цементного

раствора в затрубном пространстве, м; Н₂ – высота столба

жидкости (цементного раствора) внутри труб, м; Д_с – диаметр

скважины (долота), м; Д_н – наружный диаметр обсадной колонны, м;

Д_в – внутренний диаметр обсадной колонны, м;

γ_ц.р. – удельный вес цементного раствора, т/м³;

γ_ц.р. – удельный вес промывочной жидкости при бурении, т/м³;

γ_ц.р. – удельный вес продавочной жидкости при цементировании, т/м³

Схема 6.3. Более емкая

5. Расчётная часть

5.1. В задачи расчёта входит определение:

– необходимого объёма цементного раствора;

– количества сухого цемента и воды для приготовления цементного раствора;

– количества продавочной жидкости;

– времени цементирования;

– максимального давления насоса при цементировании;

– количества и режима работы цементировочных агрегатов; базисной рецептуры цемента.

5.2. Порядок расчёта

1. Необходимый объём цементного раствора (рис. 6.4)

V_ц.р. = К · 0,785 · [(D²_c – D²_н) · Н₁ + D²_в · H₂], м³ (6.1)

где К = 1,2…1,4 – коэффициент, учитывающий расход цементного раствора на заполнение каверн, трещин. Принимается по состоянию разреза.

Параметры D_c , D_н, D_в, Н₁, H₂, в м (см. схему и задание).

2. Количество сухого цемента на 1 м³ раствора

q = γ_ц · γ_в / γ_в + m · γ_ц, т, (6.2)

где γ_ц = 3,05…3.20 т/м³ – удельный вес сухого цемента;

γ_в = 1,0 т/м³ – удельный вес воды;

m В/ Ц – водоцементное отношение количества воды к количеству сухого цемента по массе, m = 0,4…0,6; принимают обычно m = 0,5.

3. Общее количество сухого цемента

Q_ц = q · V_ц.р. · β, т, (6.3)

где β = 1,1…1,15 – коэффициент, учитывающий потери цемента при приготовлении раствора.

4. Количество воды для приготовления V_ц.р

V_в = Q_ц · m / γ_в, м³, (6. 4)

5. Количество продавочной жидкости

V_пр.ж. = 0,785 · D²_в · (Н + H₂)] · К₁ · К₂, м³, (6.5)

где К₁ – коэффициент, учитывающий сжатие жидкости;

К₁ = 1,0 (для воды), К₁ = 1,05 (для глинистых растворов);

К₂ – 1,03…1,05 – коэффициент, учитывающий возможное отклонение внутреннего диаметра обсадных труб.

6. Необходимая суммарная производительность насосов при продавливании цементного раствора

ΣQ_н = 0,785 · [(D²_c – D²_н) · υ, л/с, (6.6)

где D_c , D_н – берутся в дм;

υ – скорость восходящего потока в затрубном пространстве.

Для создания турбулентного режима движения υ = 1,5…2,0 м/с. Принимается υ = 15…20 дм/с.

7. Максимальное давление насоса при закачивании цементного раствора в затрубное пространство

Р_max = Р₁ + Р₂, кгс/см², (6.7)

где Р₁ – суммарные потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений в обсадной колонне, затрубном пространстве и т. д.

определяется по формуле Шацова М.И.

Р₁ = 0,01 · H + 16, кгс/см², при υ = 1,5...2,0 м/с, (6.8)

Р₂ = 0,01 · H + 8, кгс/см², при υ ≤ 1,0 м/с, (6.9)

где Р₂ – давление насоса, необходимое для уравновешивания столба жидкости в обсадных трубах и затрубном пространстве, определяется по формуле:

Р₂ = 0,1 · [(H – H₁) (γ_ж – γ_пр.ж.) + (H₁ – H₂) (γ_ц.р. – γ_пр.ж.)], кгс/см², (6.10)

где γ_ц.р. – удельный вес цементного раствора, т/м³ (г/см³)

γ_ц.р. = q · (1 + m), т/м³ (6.11)

или γ_ц.р. = γ_ц. γ_в. (1 + m) / γ_в + m γ_ц., т/м³ (г/см³); (6.12)

H, H₁, H_2, м – по схеме и заданию;

γ_ж, γ_пр.ж. – т/м³ или г/см³ – по заданию.