2 Случай: конец эксплуатации скважины

На рис. 2 представлена схема расположения жидкостей в конце эксплуатации нефтяной скважины (с учетом выхода буферной жидкости до поверхности) для эксплуатационной колонны.

Рис. 2. Схема расположения жидкостей в конце эксплуатации нефтяной скважины:

ρ_н – плотность нефти; ρ_буф – плотность буферной жидкости;

ρ_{тк обл} – плотность облегченного тампонажного камня; ρ_{тк н} – плотность тампонажного камня нормальной плотности; h₁ – высота столба буферной жидкости; h_д – динамический уровень скважины; h₂ – высота столба тампонажного камня нормальной плотности

Расчет наружного избыточного давления производится аналогично расчету 1 случая с учетом рекомендаций по расчету давлений позиций 7­–9 (см. п. 1.1).

По данным расчета строится эпюра наружных избыточных давлений 2-ух самых опасных случаев в координатах «глубина–наружное избыточное давление». При построении следует учитывать, что изменение давления по глубине между расчётными точками принимается прямолинейным. Пример эпюры представлен на рис. 3.

Рис. 3. Эпюра наружных избыточных давлений

2. Расчет внутренних избыточных давлений

Внутреннее избыточное давление – разность между внутренним давлением, действующим внутри обсадной колонны, и наружным, действующим на обсадную колонну со стороны кольцевого пространства.

Р_ви = Р_в – Р_н, (11)

где Р_в – внутреннее давление;

Р_н – наружное давление.

Расчёт внутренних избыточных давлений производится, как и для наружных избыточных давлений для периода времени, когда они достигают максимальных давлений. Имеются два таких случая.

1. при цементировании в конце продавки тампонажной смеси, когда давление на цементировочной головке достигает максимального значения.

2. при опрессовке колонны с целью проверки её герметичности.

1 Случай: при цементировании в конце продавки тампонажного раствора

На рис. 4 представлена схема расположения жидкостей в конце продавки тампонажного раствора, когда давление на цементировочной головке достигает максимального значения (с учетом выхода буферной жидкости до поверхности) для эксплуатационной колонны.

Известно, что при цементировании максимальные давления в цементировочной головке Р_цг возникают в конце процесса при посадке разделительной пробки на стоп-кольцо. Величина этого давления определяется по формуле:

Р_цг = ΔР_гс + Р_гд + Р_ст, (12)

где ΔР_гс – разность гидростатических давлений, возникающих из-за разности плотностей составного столба жидкости в затрубном пространстве и внутри колонны, равно наружному избыточному давлениюна забое скважины в случае конца цементирования приснятом устьевом давлении;

Р_гд – гидродинамическое давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений жидкости при движении её внутри колонны и в затрубном пространстве;

Р_ст – дополнительное давление, возникающее при получении сигнала «Стоп», равное 2,5÷3 МПа.

Разность гидростатических давлений, возникающих из-за разности плотностей составного столба жидкости в затрубном пространстве и внутри колонны равна значению наружного избыточного давления на забое скважины Р_ни5, рассчитанному раньше (смотри расчет наружных избыточных давлений в конце цементирования при снятом устьевом давлении).

Гидродинамическое давление (МПа) ориентировочно может быть найдено по формуле:

Р_гд= 0,002∙L + Ω, (13)

где L – длина скважины по стволу, м;

Ω – величина, равная 1,6 при длине ствола менее 1500 м и 0,8 – более 1500 м.

Ниже приведен пример расчета внутренних избыточных давлений при цементировании в конце продавки тампонажного раствора, когда давление на цементировочной головке достигает максимального значения.

Точка 1 (устье скважины).

Р_в1 = Р_цг;

Р_н1 = 0;

Р_ви1 = Р_цг.

Точка 2 (граница изменения жидкости за колонной).

Р_в2 = Р_цг + ρ_прод∙g∙h₁;

Р_н2 = ρ_буф∙g∙h₁;

Р_ви2 = Р_цг + (ρ_прод – ρ_буф)∙g∙h₁.

Точка 3 (граница изменения жидкости за колонной).

Р_в3 = Р_цг + ρ_прод∙g∙(Н –h₂);

Р_н3 = g∙(ρ_буф·h₁ + ρ_{тр обл} ∙(Н – h₁ – h₂));

Р_ви3 = Р_в3 – Р_н3.

Точка 4 (граница изменения жидкости в колонне).

Р_в4 = Р_цг + ρ_прод∙g∙(Н– h_ст);

Р_н4 = g∙(ρ_буф·h₁ + ρ_{тр обл} ∙(Н – h₁ – h₂)+ ρ_{тр н} ·(h₂– h_ст));

Р_ви4 = Р_в4 – Р_н4.

Точка 5 (забой скважины).

Р_в5 = Р_цг + ρ_прод∙g∙(Н– h_ст)+ ρ_{тр н} ·h_ст);

Р_н5 = g∙(ρ_буф·h₁ + ρ_{тр обл} ∙(Н – h₁ – h₂)+ ρ_{тр н} · h₂);

Р_ви5 = Р_в5 – Р_н5.

Рис. 4. Схема расположения жидкостей в конце продавки тампонажного раствора, когда давление на цементировочной головке достигает максимального значения:

P_цг – давление на цементировочной головке; ρ_прод – плотность продавочной жидкости; ρ_буф – плотность буферной жидкости;

ρ_{тр обл} – плотность облегченного тампонажного раствора;

ρ_{тр н} – плотность тампонажного раствора нормальной плотности;

h₁ – высота столба буферной жидкости; h₂ – высота столба тампонажного раствора нормальной плотности; h_ст – высота цементного стакана