Решение

1. Плотность бурового раствора определяется по формуле:

Для скважины глубиной до 1200 м

_бр = 100* Рпл * (1,051,1)/ Нв, г/см³ (1)

Для скважины глубиной свыше 1200 м

_бр = 100* Рпл * (1,11,15)/ Нв, г/см³ (2)

где Нв – глубина скважины по вертикали, м

2. Объем скважины рассчитать по формуле:

Vскв =  * D²скв * Н_в , м³ (3)

4

где Dскв = к * Ддэк, м (4)

к - коэффициент кавернозности - 1,2

Ддэк - диаметр долота под эксплуатационную колонну, м;

Н_в – длина эксплуатационной колонны, м

3. Для капитального ремонта скважины, перед её остановкой необходимо заглушить скважину закачкой гидрофобно-эмульсионного раствора (ГЭР). Требуется определить плотность ГЭР, объём раствора и количество необходимых компонентов для его приготовления.

3.1. По формуле 5 [5, формула 11.24] определяем относительное пластовое давление:

Pотн = Рпл *10⁶/(Нв*1000*9.81) (5)

Так как P_отн >1, то необходимо, чтобы плотность ГЭР была бы не менее Ротн ( г/ см³.)

Исходя из полученной плотности по таблице 11.5[5] находим, что для рассматриваемого случая подходит состав ГЭР №4, для приготовления 1м³ которого необходимо 0,396 м³ нефти (с плотностью 0,87 г/см³), 0,004м³ эмульгатора-стабилизатора (ЭС-2) и 0.6 м³ пластовой воды (с плотностью 1,25 г/см³). При этом плотность полученного ГЭР, согласно данным таблицы 11,5, будет 1,09 г/см³ вязкость по ВП-5 равна 400-600 с, статическое напряжение сдвига через 1мин-25-28 сПа, через 10 мин - 28-35 сПа.

3.2. Для глушения скважины необходимо ГЭР в объёме, несколько превышающем объём скважины (для подлива затрубное пространство при снижении уровня жидкости в скважине в процессе подъёма НКТ). Принимаем объём ГЭР равным 1,1 объёма скважины.

Vгэр= 1.1 *V, м³ (6)

где V-объём скважины, м³.

V=  /4 *(D²в₁L₁+D²в₂*L₂), м³ (7)

где Dв₁ и Dв₂ - соответственно внутренние диаметры верхней и нижней секции эксплуатационной колоны, м;

L₁ и L₂-длины верхней и нижней секции эксплуатационной колоны, м.

При наличии одной секции L = Hв (м)

Следовательно необходимый объём ГЭР, определяемый по формуле (11.25) [5], составит

Vгэр=1.1* V, м³. (8)

3.3. Определяем количество необходимых компонентов для приготовления всего рассчитанного количества ГЭР исходя из объёмов, применяемых для изготовления 1м³ раствора (см.табл.11.5) [5]: нефти 5м³; эмульгатора-стабилизатора, м³; пластовой воды, м³.

Если относительное давление в скважине Pотн>1 и необходим ГЭР значительной плотности (например, 1,2-1,7 г/см³), то для определения количества необходимых компонентов для его приготовления пользуются данными табл.11.6 [5], в которой приведены состав и параметры ГЭР, утяжеленного баритом.

Задача 2.

Расчет крепления ПЗС цементным и цементно-песчаным раствором. Исходные данные взять из таблицы 2. Сделать анализ проделанной работы и соответствующие выводы.

Методические указания к задаче 2

Для решения задачи необходимо внимательно изучить материал и использовать формулы учебника 8, стр. 215-216.

Таблица 2 - Исходные данные к задаче 2.

Вариант	Н, м	L,м	D эк, мм	h,м	d, мм (дюймы)
01, 02	1500	1480	146	10	73 (2,5)
03, 04	2250	2230	168	12	60 (2,0)
05, 06	1600	1580	146	13	73 (2,5)
07, 08	2300	2230	168	14	60 (2,0)
09, 10	1700	1680	146	15	73 (2,5)
11, 12	2550	2230	168	10	60 (2,0)
13, 14	1800	1780	146	11	73 (2,5)
15, 16	2700	2680	168	12	60 (2,0)
17, 18	1900	1880	146	13	73 (2,5)
19, 20	2850	2830	168	14	60 (2,0)
21, 22	2000	1930	146	15	73 (2,5)
23, 24	3150	3130	168	10	60 (2,0)
25, 26	2100	2080	146	11	73 (2,5)
27, 28	3250	3230	168	12	60 (2,0)
29, 30	3400	3380	146	13	73 (2,5)

Для крепления призабойной зоны скважины цемент- ным раствором требуется определить количество сухого цемента, количество воды для затворения цемента и продавки цементного раствора в пласт, а также давление и время его закачки в пласт.

Исходные данные: наружный диаметр эксплуатационной ко- лонны D_н = мм; глубина скважины Н = м; глубина спуска заливочных труб L — м; внутренний диаметр заливоч- ных труб d = мм; эффективная мощность пласта h = м; плотность сухого цемента ρ_ц = кг/м³; плотность воды ρ_в = 1 Мг/м³.

Объем закрепляемой зоны

V=0.785(D²_k – D²_н)hm (9)

где D_K — диаметр зоны крепления, зависящий от радиуса воз- можного разрушения породы, м: m — условная пористость закре- пляемой зоны, которая зависит от темпа поглощения воды при промывке скважины и устьевого давления. Значением D_K задаются, исходя из особенностей обрабатываемой скважины, длительности ее предшествующей эксплуатации, количества вынесенного песка, поглотительной способности и др. Принимаем D_k = 1 м. Условную пористость обычно принимают равной 1 при темпе поглощения воды 0,5 м⁸/мин при отсутствии давления на устье; m = 0,5м3/мин при том же расходе воды и давлении до 2 МПа.

При более высоком давлении на устье скважины и расходе поглощаемой воды обработка призабойной зоны цементным рас- твором не рекомендуется.

Примем давление на устье равным 1 МПа при поглощении 0.5 м³/мин воды, что примерно соответствует условной пористости m - 0,75.

Находим объем закрепляемой зоны, который определяет коли- чество цементного раствора, по формуле (9)

Принимая водоцементный фактор равным 0,5, определим массу сухого цемента из следующего уравнения:

V_цρ_{ц + = Vцρц = V ρц.р (10)}

где V_ц — объем сухого цемента, м³; V — объем цементного рас- твора, м³; ρ_ц.р — плотность цементного раствора, которую опре- деляем по формуле:

ρ_ц.р = (11)

Находим массу сухого цемента по формуле (10)

Gц = V ц.р (Мг)

Учитывая возможные потери в процессе цементажа, количество сухого цемента увеличивают на 5—10%. т. е

Q_ц = G_ц + 0,7 (Мг)

Количество воды для затворення цемента при водоцементном факторе 0,5

Q_в = Q_ц /2 (Мг) или (м³)

Количество воды, необходимое для продавки цементного раствора в пласт:

V_в = 0.785[d²L + D²_в (H - L)] (м³)

Здесь D_в — внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м.

Общее количество потребной воды составит

Q'_в = Q_в + V_в (м3)

Давление продавки цементного раствора ориентировочно опре- деляют, исходя из поглотительной способности скважины и сте- пени дренированности призабойной зоны. Обычно давление про- давки для подбора насосного агрегата и определения его подачи принимают равным четырех- и пятикратному давлению поглоще- ния воды при той же скорости нагнетания.

Продолжительность закачки цементного раствора в скважину и продавки его в пласт

t = (V + V_в)/q (с) или (мин)

где q — подача агрегата, равная 14,8 дм³/с;

Задача 3. Расчет цементирования "хвостовика" для крепления бокового ствола

Таблица 5 – Дополнительные данные для задачи 3.

Вариант	L, м	D, мм	dн, мм	l, м	D1, мм	Нц,м
01, 02	1500	132	114	800	146	700
03, 04	2250	140	127	1250	168	1000
05, 06	1600	132	114	1000	146	600
07, 08	2300	140	127	1290	168	1010
09, 10	1700	132	114	950	146	750
11, 12	2550	140	127	1530	168	1020
13, 14	1800	132	114	1000	146	800
15, 16	2700	140	127	1670	168	1030
17, 18	1900	132	114	1140	146	760
19, 20	2850	140	127	1800	168	1050
21, 22	2000	132	114	960	146	1040
23, 24	3150	140	127	2050	168	1100
25, 26	2100	132	114	1070	146	1030
27, 28	3250	140	127	2100	168	1150
29, 30	3400	132	114	2220	146	1180

В скважину, пробурен­ную вторым стволом на глубину L, м долотом диаметром D (мм), спущен хвостовик диаметром dн (мм), длиной равной длине интервала Нц (м) на бурильных трубах диаметром 89 мм длиной l = 850 м; окно вскрыто в ко­лонне диаметром; D₁ (мм) на глубине 867—870 м; высота подъема тампонажного раствора за колонной до воронки Нц (м); плотность бурового раствора _бр ( т/м³) из задачи 1, фоhмулы 1, 2 (рис.1.).

Провести расчет цементирования хвостовика.

Решение. Объем тампонажного раствора (в м³), подлежащего закачиванию в скважину, определяем по формуле

(14)

г

Рис.1 – Схема к расчету цементирования хвостовика после зарезки и бурения бокового ствола.

де D₁ — внутренний диаметр обсадной колонны, в которой вскры­то окно, м;

h₁ —высота подъема тампонажного раство­ра за колонной от башмака до окна, м;

h₂ — высота подъема тампонажного раствора от окна воронки (h₂=20 м);

h— высота цементного стакана, оставляемого в колонне ниже упорно­го кольца, м.

Объем тампонажного раствора Vтр можно определить с по­мощью табл. V.5; V.6 и IX. 19, а количество сухого цемента — по

табл. IX.20 [5].

Объем жидкости для продавливания тампонажного раствора в

заколонное пространство определяем по формуле:

Vпр = . /4 *[ d₁ ² * l + d² _d *(Hц – h)] , м³ (15 )

где l— длина колонны бурильных труб или расстояние от цемен­тировочной головки до воронки, м;

d₁ —внутренний диаметр бу­рильных труб, м.

Необходимый объем продавочной жидкости можно определить по номограмме (см.рис.13 [5].

Общее время цементрования хвостовика

Т = t_зак + t_пр + t_о + t_в , мин ( 16 )

Где время закачивания тампонажного раствора, определяемое по формуле IX.61 [5]

tзак = 1000*Vтр/ 60*  q, мин (17)

tпр – время закачивания продавочной жидлкости, определяемое по формуле (IX.62 [5], мин.

tпр = 1000*Vпр/ 60*  q, мин (18)

tо – время, необходимое на отвинчивание колонны бурильных труб от хвостовика (tо = 3 – 5 мин);

tв – время необходимое для вымывания излишка тампонажного раствора из колонны при прямой промывке

tв = [ (D²₁ – d² ₁) *l ]/ 4Q , мин (19)

Остальные величины, необходимые для расчета цементирования хвостовика, определяют по формулам задачи IX.25 [5, стр.200].

Задачи к контрольной работе № 4

Задача 1

Спроектировать конструкцию скважин, восстанавливаемых методом зарезки и бурения второго ствола. Исходные данные взять из условий задачи. Сделать вывод.

Конструкция скважины определяется, исходя из диаметра колонны, в которой будет производиться работа.

Проектирование начинают с выбора диаметра долота, выбор которого обуславливается следующим.

1. Диаметром колонны, в которой будут производиться работы по зарезке и бурению второго ствола

2. Зазором между колонной и долотом

Зазор выбирают с таким расчетом, чтобы долото могло свободно проходить внутри колонны, в которой будут производиться работы. Диаметр долота, которым предстоит бурить второй ствол под эксплуатационную колонну, определяют по формуле:

D_д = D_н - 2δ (1)

где D_н - наружный диаметр колонны, в которой будут производиться работы; δ – зазор между наружным диаметром колонны и долотом принимают примерно δ =14-15мм.

После выбора долота определяют диаметр колонны, спускаемой в пробуренной ствол, по формуле

dк = D_д - 2δ₁ (2)

где δ₁ – зазор между стенкой скважины и наружным диаметром спускаемой колонны.

Таблица 1

Рекомендуемые зазоры δ₁

Диаметр долота, мм	97	118	140	190	214	243	269
Зазор, мм	12	14,5	13	22	34	37,5	50,5

Проектирование конструкции скважин заканчивается сравнением наружного диаметра спускаемой колонны и колонны, в которой производились работы. При этом необходимо соблюдение следующего условия:

D_н - dк ≥ δ₁ (3)

Рекомендуемые зазоры δ₂ , полученные на основании исследования фактического материала приведены в табл.1

Нар.диаметр Dн, мм	114	146	168	219	273	299	325
Зазор δ2, мм	41	57	54	73	105	131	157

После выбора и уточнения конструкции скважины необходимо подобрать режущий инструмент для вскрытия «окна» в колонне.

Размеры «окна» должна быть такими, чтобы спускаемые долота, колонна, геофизическая аппарвтура т тд, свободно проходили через него в процессе работы. Максимальный диаметр райбера определяют по формуле

D_р = D_д + 2÷3мм (4)

Далее выбирают размер отклонителя. Перед спуском отклонителя колонна, в которой производятся работы по зарезке и бурению второго ствола, обследуется специальным направлением (шаблоном), диаметр и длину которого определяют по формулам:

D_ш = D_о + 3÷4мм (5)

L_ш = L_о + 2÷3мм (6)

где D_о – наибольший диаметр спускаемого отклонителя;

L_о - длина спускаемого отклонителя, м

Задача:

Вариант 1

Зарезку и бурение второго ствола намечено произвести с глубины 1920м до 2780м. 219-мм эксплуатационная колонна спущена на глубину 2680м (подъем цемента до глубины 1700м)

Вариант 2

Зарезку и бурение второго ствола намечено произвести с глубины 1930м до 2720м. 146-мм эксплуатационная колонна спущена на глубину 2680м (подъем цемента до глубины 1700м)

Необходимо обосновать конструкцию скважины, восстанавливаемой методом зарезки и бурения второго ствола.

Скважина имеет следующую конструкцию:

610-мм направление спущено на глубину 5м;

416-мм кондуктор – 450 м(с подъемом цемента до устья);

273-мм техническая колонна – 1800 м (подъем цементадо глубины 600м)

168-мм эксплуатационная колонна спущена на глубину 2680м (подъем цемента до глубины 1700м)

Зарезку и бурение второго ствола намечено произвести с глубины 1860м до 2680м. Диаметр долота, которым производится бурение второго ствола, определим по формуле (1)

D_д =168-2*14=140 мм,

что соответствует диаметру долота 140мм. Далее по формуле (2) определим диаметр спускаемой колонны («хвостовика»).

Величину δ₁ берем из табл. 1

dк = 140-2*13=114 мм,

что соответствует колонне диаметром 114,3 мм

Зазор δ₂ составит:

δ₂= 168-114=54мм,

что, согласно данным табл.2, находится в допустимых пределах.

Диаметр райбера определим по формуле (4):

D_р = 140+2=142мм,

Который соответствует технической характеристике применяемых райберов для вскрытия «окна» в 168-мм колоннах.

На основании расчетов выбираем отклонитель типа ОЗС1-168, максимальный диаметр которого равен 136мм, а длина составляет 4,6м.

По формуле (5) и (6) определяем диаметр шаблона

D_ш = 136+3=139мм

И его длину

L_ш = 46+3=7,6м

Длину направления (шаблона) принимаем равным 7,5м

Т.о., после зарезки и бурения второго ствола, консрукция скважин изменится след.образом: 114-мм «хвостовик» будет спущен в пробуренный новый ствол на глубину 2680м с установкой воронки на глубине 1825м и подъемом цемента до воронки.

Если выбранный диаметр хвостовика (114мм) не удовлетворяет условиям эксплуатации, то вэтом случае там, где возможно, необходимо извлечь 168-мм эксплуатационную колонну с максимально возможной глубины и работы по зарезке и бурению второго ствола производить в технической колонне диаметром 273 мм.