книги из ГПНТБ / Промывка при бурении, креплении и цементировании скважин

ния средней температуры и давления на расчетном участке с по­ следующим пересчетом реологических параметров.

В расчете также учитываются дополнительные потери давления вследствие образования высоковязкой зоны смешения при вытесне­ нии глинистого раствора цементным. Ввиду отсутствия исследова­ ний и методов расчета зоны смешения принято, что длина всей вы­ соковязкой зоны смешения зависит только от длины пути, пройден­ ного головной порцией тампонажного раствора. Вся зона смешения

показали исследования, вязкость обеих частей зоны смешения боль­ ше вязкости исходных растворов. Для расчета потерь давления реологические параметры зоны смешения должны определяться на вискозиметре опытным путем. Принятое определение длины зоны смешения и разделение на части является сугубо приближенным решением и в дальнейшем размеры зоны смешения и расчет потерь давления от нее должны уточняться.

В расчет вводится поправка на дополнительные инерционные по­ тери, возникающие при изменениях расходов. Потери, возникающие за счет пульсации расхода, обусловленной работой агрегатов, не учитываются.

Если при цементировании скважины применялась буферная жидкость (техническая вода, нефть), то потери давления на уча­ стках, занимаемых буферной жидкостью, рассчитываются по обще­ известным формулам гидравлики.

Потери давления от местных сопротивлений в замковых соеди­ нениях бурильных труб (при расчетах цементирования хвостови­ ков) рассчитываются по эмпирической формуле с применением опытных поправочных коэффициентов.

В остальном третья методика не отличается от первой. Функ­ циональная блок-схема алгоритма представлена на рис. 58. Весь алгоритіМ состоит из 28 блоков.

Особенностью данного алгоритма является то, что положение растворов в скважине на текущий расчетный момент определяется с учетом коэффициента вытеснения ф, который находится методом последовательных приближений по итерационному циклу.

Вблоках 1—3, как и в предыдущем алгоритме, хранится необ­ ходимая информация и производится выбор данных для расчетов.

Блоком 4 выполняется расчет положения жидкостей в скважине при начальных значениях коэффициента вытеснения в затрубном пространстве.

Вблоках 5, 6, 7 рассчитывается зона смешения, корректиру­

ется положение границ раздела жидкостей, находящихся в сква­ жине, и производится распределение реологических параметров.

Блок 8 в зависимости от положения первой границы раздела контролирует дальнейшую последовательность расчета. Если гра­ ница раздела находится в колонне, то это означает, что коэффи­ циент ф при расчете положения жидкостей не учитывался (цемент-

217

Буферная жидкость

-------- --------------------------------------------------- Продолжение тяб.п 1Я

2 2 6

ный раствор в затрубное пространство еще не вышел), уточнять Ф нет необходимости и можно приступить к дальнейшему расчету гидродинамических потерь давления во всей системе скважины. Если первая граница раздела будет находиться в затрубном про­ странстве, то перед тем, как переходить к гидродинамическому рас­ чету, необходимо проверить, насколько правильно был принят ко­ эффициент вытеснения, для этого блок 8 передает управление бло­ ку 9.

В блоке 9 производится расчет Re' для текущего значения qu. По найденному Re'rp, по имеющейся функциональной зависимости <p = /(Re'cp) определяется ф „ . Если найденное значение ф„ отлича­ ется от принимаемого значения ф„_і больше, чем на заданную ве­ личину (например ±0,02), то весь расчет положения жидкостей в скважине производится заново, начиная с блока 4. Значение коэф­ фициента ф,г при этом рассчитывается блоком 11. Расчет в бло­ ках 4—9 повторяется до тех пор, пока разность между принимае­

Вблоках 12 и 13 производится расчет гидродинамических по­ терь давлений и давлений в различных элементах системы.

Востальном, начиная с блока 14 и до 28, последовательность расчета полностью соответствует алгоритму для расчетных методик

№1 и 2.

Четвертая расчетная методика отличается от третьей только ис­ пользованием в ней расчетных формул для определения линейных потерь давления, выведенных из степенной реологической зависи­ мости. При расчете коэффициентов гидравлического сопротивления учитывается степень неньютоновских свойств растворов.

Пятая расчетная методика. Используемые в этой методике рас­ четные формулы приведены в табл. 18.

В основном эта методика соответствует расчетной методике

№3 и отличается от нее следующим.

1.В формулах для расчета линейных потерь при ламинарном

срасходом qn.

3.Гидравлический диаметр затрубного пространства в расчетах определяется в зависимости от коэффициента вытеснения ф в от­ крытом стволе скважины, т. е. расчетом учитывается тот факт, что при неполном вытеснении живое сечение канала уменьшается. На­

ми принято, что неполнота вытеснения выражается в уменьшении

227

наружного диаметра кольцеобразного канала течения. Такое допу­ щение является приближенным.

4. При кривизне ствола скважины более 3° и отсутствии цент рирующих фонарей эксцентричное расположение колонны в сква­ жине приводит к увеличению гидравлического радиуса и сниже­ нию гидравлических сопротивлений, что учитывается с помощью отдельного поправочного коэффициента в формуле для определе­ ния потерь давления.

Алгоритм пятой методики в целом аналогичен алгоритму тре­ тьей методики. Незначительные изменения в отдельных расчетных блоках последовательности расчета не меняют и касаются только вопросов программирования.

Шестая расчетная методика аналогична пятой во всем кроме формул для расчета линейных потерь давления.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ

В каждой из расчетных методик использованы приближенные формулы и расчетом охватывается только часть явлений, имеющих место в процессе цементирования. Сам расчет ведется на основе исходных данных, многие из которых также являются приближен­ ными. Кроме того, есть основания считать, что неизвестные и учтенные объективные и субъективные факторы оказывают на про­ цесс цементирования определенное влияние. В частности, хорошо известно, что фактическая высота подъема цементного раствора в затрубном пространстве нередко отклоняется от проектной. В та­ ких случаях обоснованное заключение о пригодности и преимуще­ ствах той или иной расчетной методики можно сделать только пос­ ле статистической обработки достаточно большого количества дан­ ных. Ниже описаны лишь предварительные результаты, получен­ ные по материалам цементирования небольшого количества сква­ жин.

Проверка расчетных методик производилась путем сравнения расчетных давлений па цементировочных агрегатах с давлениями, зафиксированными станцией СКЦ-2М при цементировании про­ мышленных скважин в Ставропольском крае.

Станция СКП-2М записывает производительность q и давление на агрегатах в каждый момент времени при цементировании. Так как по мере закачки положение жидкостей в скважине непрерывно меняется, то изменяется и соотношение гидростатической и гидро­ динамической составляющих давления на агрегатах. Это обстоя­ тельство дает возможность рассматривать расход и давление в любой момент времени как независимые значения. Обычно на ди­ аграмме выбиралось около сорока точек (моментов времени), для которых производилось сравнение расчетного давления с фактиче­ ским.

По характеру технологических операций, проводившихся на скважине, расчеты подразделялись на три вида.

Первый вид — цементирование первых секций обсадных колонн

3 2 8

или хвостовиков. Особенностью данного вида операций является то, что движение основной массы тампонажного материала происходит в обсадной колонне и в зоне открытого ствола скважины. В этом случае процессы вытеснения и смесеобразования играют большую роль в развитии и протекании гидродинамических явлений и ока­ зывают значительное влияние на результаты расчетов.

Второй вид — цементирование вторых и третьих секций колон­ ны обсадных труб. При этих операциях движение растворов про­ исходит, главным образом, в обсадной колонне и межтрубном про­ странстве правильной геометрической формы, а из дополнительных процессов имеет значение лишь смесеобразование.

Третий вид операции — это промывка колонны и межтрубного пространства после цементирования первой или второй секции об­ садной колонны. Для расчетов использовалась только та часть про­ цесса промывки, когда оставшийся тампонажный раствор уже вымыт из скважины и дальнейшая промывка производилась ско­ рее для страховки, чем по необходимости. В таких случаях отмеча­ ется течение растворов как бы в чистом виде, не осложненное про­ цессами вытеснения и смесеобразования.

Проведенные расчеты следует рассматривать как сравнитель­ ные, поскольку реологическими параметрами растворов задавались, ориентируясь на средние значения, встречающиеся на других сква­ жинах данного района.

Ошибка, получаемая при расчете процесса в заданной расчетной точке, рассматривалась как самостоятельная величина, а их об­ щее количество в пределах одного или нескольких расчетов — как совокупность статистических величин.

В качестве статистических критериев оценки пригодности той или иной расчетной методики были использованы следующие.

Размах — разность между минимальной и максимальной ошиб­ ками, полученными в пределах одного процесса.

Средняя простая ошибка б

П

(VIII.9)

где п — число расчетных точек; х,- — фактическое давление; ж, —

расчетное давление.

В данном случае суммировать ошибки необходимо по модулю, так как суммирование со знаком может резко уменьшить абсолют­ ную величину ошибки и, таким образом, исказить действительные возможности рассматриваемой методики.

Средневзвешенная ошибка (по давлению)

П

V

(VIII. 10)

б,В п

229

Предварительный анализ результатов расчетов показал, что наибольшая ошибка расчета в большинстве случаев бывает в тех точках, где фактическое давление хгимеет незначительную вели-

Рис. 59. Гистограммы распределения ошибок расчетов.

расчета означает превышение расчетного давления под фактиче­ ским. Все материалы обрабатывались по расчетной методике № 1.

230