3.3.2 Определение необходимого объема продавочной жидкости

Продавочная жидкость необходима для продавливания тампонажного раствора в заколонное пространство. Необходимый объем продавочной жидкости рассчитывается

(84)

где k_сж - коэффициент сжимаемости промывочной жидкости, принимается равным k_сж = 1,02 – 1,05;

d_в – внутренний диаметр колонны, м;

L_с – длина скважины по ее оси, м;

V_м – объем трубопроводов, связывающих цементировочные агрегаты с цементировочной головкой, м³, принимается равным – 0,5 м³.

Все рассчитанные значения вносятся в таблицу 46.

Таблица 46 - Потребное количество материалов для цементирования эксплуатационной колонны

Название или шифр	ГОСТ, ОСТ, ТУ на изготовление	Единица измерения	Потребное количество, кг
Бездобавочный тампонажный раствор		м3	51,93
ПЦТ-I-100	ГОСТ 1581-96	т	67,2
Техническая вода		м3	36,6
КМЦ-600	ТУ 6-55—221-1311-93	т	0,34
Na2CO3	ГОСТ 5100-85	т	0,67
Сульфанол НП-1А	ТУ 6-01-1816-76	т	0,05
Облегченный тампонажный раствор		м3	18,0
ПЦТ-I-50	ГОСТ 1581-96	т	11,9
Глинопорошок	ОСТ 39-202-86	т	1,9
Техническая вода	-	м3	15,2
Сульфанол НП-1А	ТУ 6-01-1816-76	т	0,021
Буферная жидкость		м3	5,8
Сульфанол НП-1А	ТУ 6-01-1816-76	т	0,004
Продавочная жидкость		м3	31,3

3.3.3 Выбор оборудования для цементирования скважин

Обсадную колонну, спущенную в скважину, цементируют при помощи цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.

Цементно-смесительная машина служит для механизированного приготовления цементного раствора.

Тип и число цементировочной техники определяется их техническими характеристиками. В таблицах 47 и 48 приведены сведения о технических характеристиках ряда цементировочных агрегатах и цементосмесительных машинах, выпускаемых отечественной промышленностью. В таблице 49 – технические характеристики работы наиболее распространенных цементировочных агрегатов – ЦА 320М, 3ЦА-400А, 4АН-700.

Следует помнить, что смесительные машины (2СМН-20, АС-20) имеют транспортную грузоподъемность 10 т., тогда как, в стационарных условиях их грузоподъемность 20 т. Это необходимо учитывать при определении числа смесительных машин и при необходимости планировать привлечение цементовозов для доставки цемента на буровую.

Тип цементировочного агрегата зависит от выбранных смесительных машин. Например, цементировочные агрегаты ЦА-400 не имеют водяного насоса, поэтому их следует использовать с машинами АС-20, имеющими такой насос. В комплекте цементировочных агрегатов ЦА-320 имеется водяной насос для подачи воды в смеситель при затворении тампонажного раствора и эти агрегаты, возможно, использовать в паре со смесителем 2СМН-20.

Количество цементировочных агрегатов (ЦА), работающих совместно с конкретной цементно-смесительной машиной определяется производительностью смесителя по тампонажному раствору и суммарной производительностью насосов высокого давления у ЦА, производящих закачку приготовленного раствора в скважину. Эти производительности должны соответствовать дуг другу. Производительность смесителя по тампонажному раствору зависит от производительности водяного насоса Q_ВН и состава тампонажного раствора:

Q_СМ = Q_В / (В/Ц) · q _с (85)

Примерные производительности смесительных машин показаны в таблице 50.

Из таблиц 49-50, например, следует, что при Q_В = 13 л/с с каждой смесительной машиной должны работать не менее двух ЦА-320 (максимальная производительность ЦА-320 при втулках ø 125 мм равна 14л/с).

При Q_В = 7 л/с при использовании ЦА-400, с каждой смесительной машиной можно использовать один цементный агрегат. Следует также учитывать, что в процессе цементирования возможны поломки ЦА, поэтому во избежание перерывов в работе при цементировании глубоких скважин стремятся с каждой смесительной машиной обвязывать два ЦА.

Общее количество ЦА зависит от системы работы смесителей. При параллельной (одновременной) работе смесителей в приготовлении и закачивании тампонажного раствора участвуют все ЦА. Естественно, что параллельно могут работать смесители, загруженные одним тампонажным материалом.

При последовательной работе смесителей цементировочные агрегаты, затворившие цемент из первого смесителя, во время работы второго смесителя могут подсоединиться к третьему смесителю и участвовать в его работе. Последовательная работа смесителей позволяет сократить потребное количество цементировочных агрегатов, но увеличивает продолжительность цементирования скважины. Вследствие этого, а также из за сложностей с обвязкой ЦА с двумя смесителями она применяется редко, только при недостатки агрегатов для закачки и продавки тампонажного раствора.

Некоторые варианты обвязки цементировочной техники и графики их работы приведены на рисунках 17, 18, 19.

При планировании операции цементирования необходимо определить количество тампонажных материалов по видам загружаемых в каждую цементосмесительную машину; объемы воды, находящиеся в мерных емкостях цементировочных агрегатов; количество химических агрегатов, добавляемых в жидкость для каждого вида тампонажного материала. Важно определить схему подачи продавочной жидкости к агрегатам, участвующих в процессе продавке.

Таблица 47 – Технические характеристики смесительных машин

Тип агрегата	ЗАС-30	СМ-4М	I СМР-20	2 СМН-20	УС6-30	УС5-30	УС-4
Монтажная база	КрАЗ-255Б	ЗИЛ-131А	Специальная рама	КрАЗ-257Б1Ф	КрАЗ-250	КрАЗ-250	КАМАЗ-43114
Производительность: при приготовлении тампонажного раствора (дм3/с) ρ-1859 кг/м3	30	10(6,6)	30	30	27	10…30	10
по сухому цементу: загрузочного устройства, т/ч	20	-	15	15	15	7…20	-
разгрузочного устройства, т/ч	2,2	-	13,2	13,2	13,2	-	-
Плотность приготовляемого раствора, кг/м3	1300…2400	1700…2000	1300…2400	1200…2400	-	1300…3400	1850
Грузоподъемность, т	7,5	5,0	-	12	20	24	-
Наибольшая масса транспортируемого материала, т	6	4	8…10	8	11,5	11	4,5
Вместимость цистерны, м3	13	3,2	8…10	14,5	14,5	8,6	4
Емкость осреднительной емкости, м3	-	-	-	-	-	-	4

Таблица 48 – Характеристика насосных агрегатов

Тип насоса агрегата	ЦА-32А	5ЦА-320А	3ЦА-400А	УНБ2-630х500	ЦА-320М	УНБ1-400х40	HG-250-100	АНЦ-320
Монтажная база	КрАЗ-257Б1А	сани	КрАЗ-257Б1А	КрАЗ-257	КрАЗ-257	КрАЗ-250	КрАЗ-250	КрАЗ-250 (КрАЗ-65104)
Тип цементировочного насоса	9Т	9Т	11Т	14Т1	9Т	14Т	НТ-400	НЦ-320
Диаметры сменных втулок, мм	-	100;115;127	110;125;140	90;110;125;140	100;115;127	100;125;140	-	-
Наибольшее число двойных ходов в минуту	-	133	127	-	-	250	750	-
Наибольшая производительность, дм3/с	-	24,5	36,5	31	22,8	37	350	26
Наибольшее давление, МПа	-	32	40	-	32	40	63	40
Привод цементировочного насоса	ГАЗ-52А	ЯМЗ-238	В2-500А-С3 (В2-500АВ-С3)	9УС-800	ЯМЗ-238	ЯМЗ-238	ЯМЗ-238	ЗМЗ-511 (ГАЗ-33)
Водяной насос: тип; производительность, дм3/с	ЦНС 38-154 10	-	-	ЦНС 60-198 16,6	1В 13,0	ЦНС60-198 16,6	Deming44-2 60	ЦНС-38
Подпорный насос	-	-	-	-	-	-	MISSION MAGNUM 60	-
Объем мерного бака, м3	6,4		6	5	6,4	5,5	3	6

Окончание таблицы 48

АНГЦ	УНБ1-160х63	УНБЭ-250х40	ЦА-СИН35	УНБ-160х32	АЦП-4320	УНПМ-5557	АЦ-32		АНЦ-320К	АНЦ-500
Урал-4320 (КрАЗ-65104)	-	-	КрАЗ-65101 Урал 4320-1912-30	КрАЗ-250 (КрАЗ-65101)	Урал-4320-1912С31	Урал-5557 31	КрАЗ-250 КрАЗ-65101	Урал-4320 1912-30	Рама с по -лозьями	КрАЗ-65101-100
ЗНП-32150	14Т2	14Т или Н200	СИИ 35,01 СИИ35,02 СИИ 32 НМ	ТМ	9ТМ, ЦНС 26-32	14Т	НПЦ-32		9ТМ	НЦ-320;3-х плунжерный насос НБ-80
100;125;140		90	100…140	100;115;127	115	115	-		115	-
271	-	-	-	-	-	-	-		-	-
26	22,8	28	11,5…22,6	15,5…26	21,15	21,15	26		21,15	26;23;10,8
50	63	45	24…50	32	23	23	32		23	40;50;120
Гидромотор МР-Ф-1600/25М1	ЯМЗ-238М	электро- привод	-	ГАЗ-53	ЯМЗ-238	ЯМЗ-238	ГАЗ-53		ЯМЗ-238	Двигатель автомобиля
ЦНС-60-165	ЦНС 38- 10,5	-	ЦНС-38-154 8,3	Центробежн многосекц.	ЦНС-38-110 13,0	-	ЦНС38-154 10	ЦНС60-165 10	ЦНС38-110 10,5	ЦНС-38 10,5
ПР12.5/ 12.5-СП	-	-	-	-	-	-	-		-	-
6	5		6	6	6		6,4	6	5	6

Таблица 49 - Подача и давление развиваемое цементировочными

агрегатами

Тип агрега та	Скоро сть	Диаметр втулок, мм
		100		110		115(120)		125		140
		Q	P	Q	P	Q	P	Q	P	Q	P
ЦА-320М	I II III IV	1,4 2,5 4,8 8,6	40 32 16 9	- - - -	- - - -	1,7 3,2 6,0 10,7	32 26 14 8	2,3 4,3 8,1 14,5	24 19 10 6	- - - -	- - - -
3ЦА-400	I II III IV	- - - -	- - - -	6,6 9,5 14,1 19,5	40 27 18 13	- - - -	- - - -	8,8 12,6 18,6 23,4	30 21 14 10	11,2 16,1 23,8 33,0	23 16 11 8
4АН-700	I II III IV	6,0 8,3 11,6 14,6	70 51 36 29	- - - -	- - - -	9,0 12,3 17,3 22,0	47 34 24 19	- - - -	- - - -	- - - -	- - - -
Примечание: Подача Q в л/с, давление «Р» в МПа.

Таблица 50 - Производительность смесительных машин по тампонажному раствору, л/с

Водоцементное отношение (В/Ц)	Подача водяного насоса (QВ), л/с
	7	13
0,4 - 0,5	11 – 12	21 - 22
0,8 – 1,0	8,5 – 9,6	16 - 18

Применяемые в настоящее время цементосмесительные машины не обеспечивают постоянной подачи тампонажного материала в воронку смешивания, в результате чего не всегда обеспечивается постоянство состава и свойств тампонажного раствора. В связи с этим в процессе приготовления и закачивания тампонажного раствора в скважину целесообразно использовать осреднительную емкость. Особенно это важно при последовательной работе смесительных машин. В этом случае ЦА, обвязанные со смесительными машинами, откачивают приготовленный тампонажный раствор в осреднительную емкость, а другие цементировочные (ЦА) или насосные (АН) агрегаты нагнетают тампонажный раствор из нее в скважину. Суммарная производительность насосных агрегатов, откачивающих тампонажный раствор из осреднительной емкости, должна соответствовать производительности смесительных машин, готовящих тампонажный раствор. Закачивание тампонажного раствора в скважину целесообразно начинать, когда осреднительная емкость заполнится более чем на 50%. В качестве осреднительной емкости чаще всего используются старые смесительные машины (с демонтированными шенками для подачи тампонажного материала) с объемом 14 м³. Схема обвязки цементировочной техники с использованием осреднительной емкости показана на рисунок 8.

Рисунок 17 Схема обвязки цементировочной техники

1 – цементировочная головка; 2 – узел приготовления цементного раствора (смесительная машина); 3 - узел приготовления облегченного тампонажного раствора; 4 – цементировочный агрегат для подачи воды и продавочной жидкости; 5 – линии подачи воды и продавочной жидкости; 6 – цементировочный агрегат для начала продавки.

Рисунок 18 – Схема обвязки цементировочной техники с использованием

блока манифольдов БМ-700: 1 – цементировочная головка; 2 – блок манифольдов; 3 – станция контроля цементирования; 4 - линии подачи воды и продавочной жидкости; 5 – нагнетательные линии подачи цементного раствора и продавочной жидкости; 6 – ЦА-320; 7 – 2СМН-20; 8 – агрегат на подачу воды

Рисунок 19 – Схема обвязки цементировочной техники с помощью осреднительной емкости: ОЕ – осреднительная емкость; АН – агрегат насосный; СКЦ – станция контроля цементирования; БМ – блок манифольдов

С учетом изложенного, обоснование числа технических средств производится следующим образом:

- определяется число смесительных машин для каждого вида тампонажного материала (n_см)

n_см = G_тм / m_нас · V_бунк , (86)

где m_нас – насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м³;

V_бунк – емкость бункера смесительной машины, м³.

- определяется производительность смесителя по цементному раствору:

(87)

где Q_в – производительность водяного насоса цементировочного агрегата, м³/с (определяется из технических характеристик принятого цементировочного агрегата. Последний подбирается в соответствии с расчетными значениями Р_кп и Q_кп.)

Значение Q_см сравнивается с максимальным значением q_ца и из условия:

Q_см = Q_ца = n_ца · q_ца (88)

определяется n_ца.

При закачивании продавочной жидкости число цементировочных агрегатов увеличивается на один агрегат, что связано с необходимостью «стравливания» разделительной пробки.