книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие
.pdfгде F4 р — объем цементного |
раствора, закачиваемого |
на соответ |
ствующих скоростях, в м3; |
Упр — объем продавочной |
жидкости, |
закачиваемой на соответствующих скоростях, в м3; q — |
производи |
|
тельность цементировочных агрегатов на соответствующих скоростях в м3/мин; Го — время, необходимое на отвинчивание бурильных труб от хвостовика, в мин.
Остальные расчеты не отличаются от расчета одноступенчатого цементирования.
П р и м е ч а н и е . Если цементирование хвостовика осуществляется с применением специальной муфты, то необходимо определить время падения шара для открытия боковых отверстий.
Задача 210. В скважину глубиной 4000 м спущен хвостовик длиной 1500 м на 146-мм бурильных трубах. В верхней части хвосто вика установлена специальная заливочная Муфта. Для открытия боковых отверстий муфты во время цементирования в бурильные трубы сбрасывается стальной шар.
Определить продолжительность падения шара, если расход про мывочной жидкости составляет 20 л/с; толщина стенки бурильных труб 10 мм; диаметр шара 30 мм; удельный вес глинистого раствора
1,2 тс/м3.
Решение. Определяем скорость потока жидкости в трубах
С103F *
где Q — расход промывочной жидкости в л/с; F — площадь про ходного канала труб в м2; Тогда
с = |
1,61 м/с, |
|
10® • 0,785 • 0,1262 |
Определяем скорость погружения шара в покоящейся жидкости (режим турбулентный)
где К — опытный коэффициент, принимается равным 16; d — диа метр шара в см; угл р — удельный вес глинистого раствора в тс/м3;. 7м — удельный вес материала труб в тс/м3.
Тогда
Определяем скорость падения |
шара в |
движущейся жидкости |
У = С+ И, |
|
|
V = 1,61 + 0,655 - 2,265 м/с. |
падения |
шара |
Определяем продолжительность |
||
360
где L s глубина установки заливочной муфты в м
|
Т |
2500. |
= 18,4 мин. |
|
|
60 • 2,265 |
|
||
Определяем количество глинистого раствора за время падения |
||||
шара: |
60Q T |
t 60 • 20 • 18i4 |
||
тп |
||||
1000 |
|
1000 |
||
|
|
|||
Расчет цементирования колонн, спускаемых секциями.
Расчет цементирования первой нижней секции аналогичен рас чету цементирования хвостовика.
Расчет цементирования второй секции (верхней) аналогичен расчету одноступенчатого цементирования.
Расчет цементирования по методу Н. К. Байбакова.
Задача 211. Рассчитать цементирование скважины по методу Н. К. Байбакова, если глубина скважины 2500 м; диаметр эксплуата ционной колонны 168 мм; приемистость пласта 0,4 м3/мин. В сква
жину спущены насосно-компрессорные трубы |
диаметром |
114 мм |
||||
на глубину 2400 м; среднегодовая температура воздуха 10 °С. |
||||||
Решение. Определяем температуру на забое скважины |
|
|||||
t = 0,025# + 1 0 = 0,025.2500 + 10 = 72,5 °С. |
|
|||||
Согласно данным табл. 73, выбираем цемент для «горячих» сква |
||||||
жин (Гсхв = 1 ч 45 мин). |
|
|
|
|
|
|
Определяем допустимое время цементирования |
|
|||||
ТД0П= 0,75ТСХВ=»0,75 • 105 = 79 мин. |
|
|||||
Определяем объем насосно-компрессорных |
труб |
|
||||
у = яовн. н = 0)785 ,одооз .2400 = |
18,9 м3. |
|
||||
4 |
|
|
|
|
|
|
Определяем время заполнения объема насосно-компрессорных |
||||||
труб при условии работы одного |
агрегата ЦА-300 на V |
скорости |
||||
V . ю® |
18,9 • Ю3 |
19 мин. |
|
|||
gv -60 |
16,6 • 60 |
|
||||
|
|
|
||||
Время промывки насосно-компрессорных труб при работе одного |
||||||
агрегата ЦА-300 на IV скорости |
|
|
|
|
||
Тпр — |
18,9 • 10® |
24,4 мин. |
|
|
||
12,96 • 60 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
Время продавки цементного раствора в пласт |
|
|
||||
т = Тдоа- (Т3+ Т пр) = 79 - |
(19 + 24,4) = 35,7 мин. |
|
||||
361
Определяем количество цементного раствора, которое может быть з акачано в пласт за 35,7 мин,
F4 р = 0,4 • 35,7 = 14,3 м3.
Определяем количество сухого цемента
е « “ 1ГоГ54 '8 4 ' 1 4 '3 ” 17'5 т '
т. е. один бункер цементосмесительной машины.- Количество воды, необходимое для приготовления цементного
раствора, составляет Ув = 0,5<7Ц= 0,5 • 17,5 = 8,75 м3.
Оп ределение количества утяжелителя для утяжеления цементного раствора
Задача 212. Требуется определить расход цемента и утяжелителя для приготовления 1 м3 утяжеленного цементного раствора, если
плотность глинистого раствора угл = |
2,1 г/см3; плотность |
утяже |
||||
лителя YyT = 4,5 г/см3; |
водо-цементное |
отношение |
т = 0,5. |
Плот |
||
ность |
утяжеленного цементного раствора уу ц р = |
2,5 г/см3; |
плот |
|||
ность |
сухого цемента уц = 3,15 г/см3; плотность воды ув = |
1 |
г/см3. |
|||
Решение. Отношение |
веса утяжелителя к весу |
сухого |
цемента |
|||
в единице объема утяжеленного цементного раствора определяется
по |
формуле |
|
|
|
|
|
( l + |
m — |
) Yy. ц. р — (l + m) Yu |
|
|
|
т0 = —-------- ^ |
-------------------------. |
|||
|
0 |
|
|
Yn |
|
|
|
(Yu— Yy. ц. р) ~YyT |
|
||
|
Подставляя данные, получаем |
|
|
||
|
(1 + 0,5 |
|
2 ,5 - (1 +0,5) 3,15 |
1 ,21. |
|
|
|
|
|
3,15 |
|
|
|
(3,15-2,5) |
|
||
|
|
4,5 |
|
||
|
Расход сухого цемента на приготовление 1 м3 утяжеленного це |
||||
ментного раствора равен |
|
|
|
|
|
^ |
YuYytYb |
|
|
3,15-4,5-1 |
= 0,916 т. |
YBYyT+ moYuYB+mYuYyr |
1 • 4 ,5 + 1 ,2 1 • 3,15 • 1 + 0 ,5 |
• 3,15 -4,5 |
|||
Тогда расход утяжелителя равен
qyT — m0q —1,21 -0,916 = 1,112 т.
362
Определение высоты подъема цементного раствора
Задача 213. Определить высоту подъема цементного раствора в
затрубном пространстве, если конечное давление |
по манометру на |
|||||||
обсадной |
колонне составляет рк — 129 кгс/см2; глубина скважины |
|||||||
Н = 3300 м; удельный вес цементного раствора уц р = |
1,9 тс/м3; |
|||||||
удельный вес |
продавочного глинистого |
раствора |
угл р = |
1,3 тс/м3; |
||||
высота цементного |
стакана в обсадной |
колонне |
h = 10 м; удель |
|||||
ный вес |
раствора |
в |
скважине |
до закачки цементного |
раствора |
|||
7гл. Скв = |
1.3 тс/м3. |
|
подъема |
цементного раствора по |
давлению |
|||
Решение. |
Высота |
|||||||
определяется по следующей формуле:
тг |
_ |
Рк— (0,02# 4-16) |
h. |
|
ц' р |
|
ОД (Уц. р — Yrji. р) |
||
|
|
|||
Подставляя данные, получаем |
|
|
||
129—(0,02-3300+16) |
10 = 800 м, |
|||
Н,ч. р |
0,1 (1,9-1,3) |
|
||
Задача 214. Определить |
высоту |
подъема цементного раствора |
||
в затрубном пространстве, если удельный вес глинистого раствора
в скважине |
до |
закачки |
цементного раствора угл ^ |
= |
1,3 тс/м3, |
|
а удельный вес продавочного глинистого раствора упр = |
1,2 тс/м3. |
|||||
Остальные данные приведены в задаче 213. |
|
|
||||
Решение. |
Определяем |
высоту |
подъема цементного |
раствора |
||
для данных условий по следующей формуле: |
|
|
||||
|
тт |
_ 10 [Рк —(0,02Я + 16)] —Ду2я + Духh |
|
|
||
где |
ц- р — |
(Дуг—Ду2) |
|
|
||
aYi = Y4. р — YnP = l,9 — 1,2 = 0,7 тс/м3; |
|
|
||||
|
|
|
||||
|
^Y2= Yi-л. скв |
Ynp = li3 |
1,2 = 0,1 тс/м3. |
|
|
|
|
10 [129 —(0,02 -33004-16)] —0,1 - 3300 + 0,7 -10 |
0 /с |
|
|||
|
-----------------------------ТгГп ----г Г 7 \ -------------- ‘---------------= |
2ЛЭ М. |
||||
Определение количества ускорителей и замедлителей схватывания цементного раствора
Задача 215. Цементный раствор необходимо обработать ССБ с целью замедления начала схватывания в количестве 1% сухой ССБ. Количество цемента 20 т. Имеется жидкая ССБ, плотность которой 1,26 т/м3; концентрация сухого вещества в жидкой ССБ 0,5, т. е. в 1 т жидкой ССБ содержится 0,5 т сухого вещества и 0,5 т воды. Определить потребное количество жидкой ССБ.
Решение. Потребное количество жидкой ССБ определяется по формуле
G P
^ССБ
10°Yccb^c
363
где G — вес цемента в кг; Р — количество сухой ССБ в % от веса цемента; уссв — плотность жидкой ССБ в т/м3; К с — концентра ция сухого вещества в жидкой ССБ.
Бссб |
20 |
000- 1,0 |
318 л. |
|
100 |
• 1,26 • 0,5 |
|||
|
|
Задача 216. Определить количество хлористого кальция для обра ботки 20 т цемента с целью ускорения процесса схватывания це ментного раствора, если добавка СаС12 должна составлять 2% по весу к сухому цементу; в техническом СаС12 содержится 65% без водного СаС12; водо-цементное отношение 0,45.
Решение. Определяем количество безводного хлористого кальция
Gcaci2 = |
20000-2 |
400 кг. |
|
||
|
|
100 |
|
|
|
Определяем количество |
водного |
хлористого |
кальция |
||
£caci, = |
400•100 |
615 кг. |
|
||
|
|
65 |
|
|
|
Определяем количество пресной воды для растворения 615 кг |
|||||
водного СаС12 при разных температурах |
|
|
|||
£н,о = |
GCaCl2 '■100 |
|
|
||
т |
|
|
|||
где т — число, показывающее, |
сколько частей |
СаС12 растворяется |
|||
в 100 частях воды при разных температурах. |
|
||||
При температуре 10 °С |
|
|
|
|
|
/110 _ |
615 • 100 |
_, _„ |
„ |
|
|
k"H*0 |
- ^q3 e 29,4 |
* |
^ * |
|
|
При температуре 20 °С |
|
|
|
|
|
бнг0 = ~Yq3.4 2 ° |
= 1.44 м3. |
|
|||
При температуре 30 °С |
|
|
|
|
|
/-iso |
615 ■100 |
а по |
ч |
|
|
= 1 0 ^ 5 0 4 |
^= 1 ’23 |
М |
|
||
Определяем количество воды, необходимое для приготовления це ментного раствора
|
БВ= ТБСЦ, |
|
|
где W — водо-цементное |
отношение; |
С?ц — количество сухого |
це - |
мента в т. |
|
|
|
VB= |
0,45 •20 = 9 т *==* 9 м3. |
|
|
Определяем количество раствора |
хлористого кальция в |
1 м8 |
|
воды, идущей на приготовление цементного раствора. |
|
||
При температуре 10 °С 1,56 : 9 = |
0,173 м3. |
|
|
При температуре 20 °С 1,44 : 9 = |
0,16 м3. |
|
|
364
При температуре 30 °С 1,23 : 9 == 0,137 м2.
Определяем количество воды в 1 м3 обработанной воды, идущей на приготовление цементного раствора.
При температуре 10 °С 1 — 0,173 = 827 м3. При температуре 20 °С 1 — 0,16 = 0,84 м3.
При температуре 30 °С 1 — 0,137 — 0,863 м3.
Расчеты, связанные с приготовлением активированного раствора Задача 217. Имеется раствор радиоактивного изотопа цинка,
удельная |
активность |
которого |
составляет |
15 мКи на |
1 см3. Необ |
ходимо приготовить |
раствор с |
удельной |
активностью |
0,4 мКи/см3 |
|
и общей |
активностью 45 мКи. |
|
|
|
|
Решение. Определяем количество концентрированного раствора, которое необходимо для разбавления и получения заданной общей активности раствора.
где VK — объем концентрированного раствора в см3; X — заданная общая активность в мКи; Y — удельная активность концентрирован ного раствора в мКи/см3.
TK= - f = 3c„°.
Определяем количество воды, которое нужно добавить к взятому объему концентрированного раствора, чтобы получить заданную удельную активность разбавленного раствора.
Т7 |
Х-ГрУк |
' в —■ |
vгр |
где Y — заданная удельная |
активность разбавленного раствора |
в мКи/см3. |
|
FB= 45~ У ,Э НО см».
Определяем удельную активность приготовленного раствора
F p = ~ШГ = 0,4 мКи/см3-
Определение высоты установки заливочных муфт
Задача 218. • Определить высоту установки * цементировочной муфты для двухступенчатого цементирования скважины при следу ющих условиях: высота подъема цементного раствораза колонной 3550 м; плотность цементного раствора 1,9 т/м3; , плойгбсть тлйнистого раствора 1,19 т/м3 (продавочного и раствора *за” йоАонной).
365
Решение. Исходя из условия равенства давлений в конце продавки первой и второй порций цементного раствора, высота уста новки цементировочной муфты определяется по формуле
г, _ |
Я ц . р (Уц. р — Угл. р) |
м2 (уц. р— Угл. р + 0,1)
где Нц р — высота подъема цементного раствора за |
колонной в м; |
||
Уц р, Угл. р — соответственно плотность цементного |
и глинистого |
||
растворов в т/м3. |
|
|
|
Тогда |
3550 (1,9 — 1,19) |
|
|
hМ |
= 1556 м. |
|
|
|
2 (1,9 -1,19 + 0,1) |
|
|
Таким образом, высота подъема цементного раствора первой сту пени 1556 м, второй ступени 3550—1556 = 1994 м.
Задача 219. Определить место установки заливочных муфт для трехступенчатого цементирования скважины при следующих усло
виях: высота подъема |
цементного раствора 5000 м; плотность це |
|
ментного раствора 1,84 т/м3; |
плотность глинистого раствора 1,2 т/м3; |
|
глубина скважины 7000 м. |
|
|
Решение. Для трехступенчатого цементирования можно записать |
||
следующие уравнения: |
|
|
^1 |
^2 __ |
ОД (Уц. р — Угл. р) . |
^2 |
|
0,02 + 0,1 (Уц. р — Угл. р) ’ |
h + h + h = -йц. Р>
где 1г — высота первой (нижней) ступени цементирования; 12 — высота второй ступени цементирования; 13 — высота третьей сту пени цементирования; # ц р — высота подъема цементного раствора за колонной; уц р; угл р — соответственно плотность цементного и глинистого растворов.
h_ |
0,1 (1,84-1,2) |
: 0,762. |
||
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Z1 = 0,762Z2; |
l3- |
|
U |
Тогда |
0,762 ' |
|||
|
|
|
|
|
|
0,762Z2 + Z2 |
0,762 |
= 5000. |
|
|
|
|
|
|
|
L = |
1630 м. |
|
|
Zx == 0,762 • 1630 = |
1240 м; |
|
13 = 2130 м. |
|
Таким образом, первая заливочная муфта устанавливается на глубине 7000 — 1240 = 5760 м, а вторая заливочная муфта на глу бине 7000 - (1240 + 1630) = 4130 м.
366
Определение глубины снижения уровня жидкости в эксплуатационной колонне
Задача 220. Определить глубину снижения уровня жидкости в 146-мм эксплуатационной колонне спуском насосно-компрессорных труб с заглушкой против проникновения жидкости внутрь труб при следующих условиях: глубина искусственного забоя 2700 м; внутренний диаметр эксплуатационной колонны (средний) 126 мм; диаметр насосно-компрессорных труб 89 мм.
Решение. Определяем |
глубину |
снижения уровня жидкости |
|
в колонне после подъема |
насосно-компрессорных труб |
||
|
; |
H d з |
|
|
1 ~ |
Z>2 |
’ |
где Н — глубина искусственного забоя в м; d — внешний диаметр насосно-компрессорных труб в м; D — внутренний диаметр эксплу атационной колонны в м.
2700 ■0,0892 |
1350 м. |
|
0,1262 |
||
|
П р и м е ч а н и е . Объем жидкости, вытесняемой из колонны за счет муфт насосно-компрессорных труб, не учитываем.
Задача 221. Определить глубину установки патрубка с отверстием для снижения уровня жидкости в колонне при следующих условиях: глубина искусственного забоя 2600 м; глубина снижения уровня жидкости в колонне 1000 м; внутренний диаметр эксплуатационной колонны 148 мм; наружный диаметр насосно-компрессорных труб
89 мм.
Решение. Глубина установки патрубка 'с отверстием опреде ляется по формуле
h _ W b - H £ |
_ |
D U - & |
* |
где I — заданная глубина снижения уровня в м; Z)BH— внутренний диаметр эксплуатационной колонны в м; Н — глубина искусствен ного забоя в м; d — наружный диаметр насосно-компрессорных труб в м.
1000 • 0,1482 — 2600 • 0,00892 _ |
, пп |
0,1482 — 0,0892 |
1UUM, |
Необходимо, чтобы емкость насосно-компрессорных труб ниже патрубка с отверстием могла вместить объем жидкости, находящейся в кольцевом пространстве от устья скважины до патрубка, т. е.
Г } 2
H - h . h 2
ВН
гДе ^вн — внутренний диаметр насосно-компрессорных труб в м.
2600 —100 100 0,1482
0.0732 ’
2500>407.
367
Значит, емкость насосно-компрессорных труб ниже патрубка доста точна.
Задача 222. Определить место установки патрубка с отверстием для снижения уровня жидкости в эксплуатационной колонне спу ском насосно-компрессорных труб, если глубина спуска колонны 1710 м; внутренний средний диаметр колонны 126 мм; наружный диаметр насосно-компрессорных труб 89 мм; внутренний диаметр насосно-компрессорных труб 70 мм; глубина снижения уровня 900 м.
Решение.
УШ |н—Hd 2 900-0,1262 —1710-0,0892
£ |H -d 2 |
0,1262-0,0892 |
Проверяем, достаточна ли емкость насосно-компрессорных труб ниже патрубка для приема объема жидкости в кольцевом про странстве над патрубком
H - h ^1н
d \ n
1710 —113 га 113-0,12620,07
1597 > 226 .
Значит, емкость насосно-компрессорных труб ниже патрубка до статочна.
Задача 223. Определить место установки патрубка с отверстием для снижения уровня жидкости в колонне спуском насосно-ком прессорных труб, если глубина спуска колонны 1700 м; внутренний средний диаметр колонны 150 мм; внешний диаметр насосно-ком прессорных труб 89 мм; внутренний диаметр насосно-компрессорных труб 70 мм; глубина снижения уровня 850 м.
Решение. Определяем глубину установки патрубка с отверстием
Wi n —Н<№ |
850-0,152—1700-0,0892 |
=390 м. |
|
Dln—d* |
0,15—0,0892 |
||
|
Проверяем, достаточна ли емкость насосно-компрессорных труб ниже патрубка для приема объема жидкости в кольцевом про странстве над патрубком
Н—h >/г071 d&\i
17 0 0 - 390 < 390
1310 <1950.
Таким образом, емкость насосно-компрессорных труб недостаточна для приема жидкости из кольцевого пространства. Поэтому уровень жидкости в колонне снижаем следующим образом: спускаем насосно компрессорные трубы без патрубка до искусственного забоя; часть
368
насосно-компрессорных труб поднимаем из колонны (926 м); ввин чиваем в насосно-компрессорные трубы патрубок с отверстием и спу скаем трубы до искусственного забоя; поднимаем все насосно-ком прессорные трубы.
В данном случае емкость насосно-компрессорных труб (ниже патрубка) проверяют по формуле
н - h ^ h D™~d2 .
“вн
1700 - 390> 390 0’15-^V208--- • и,074
1310>И 60.
Цементирование обсадных колонн облегченными тампонирующими смесями
Высокая плотность цементных растворов, применяемых для крепления обсадных колонн, спущенных на большие глубины, вы зывает затруднения, а иногда и осложнения. В частности, отме чаются случаи недоподъема цементного раствора до намеченной глубины вследствие поглощения его в результате гидроразрыва пластов, что в дальнейшем ухудшает условия работы обсадных колонн. Чтобы предотвратить это явление, применяют двухступен чатое цементирование. Но нри этом в большинстве случаев между нижней и верхней секциями колонн нарушается сплошность цемент ного кольца. Поэтому при креплении скважины следует использовать цементные растворы низкой плотности. Уменьшение плотности це ментных растворов достигается с помощью легких наполнителей (вспученного перлита, топливного шлака и др.), а также добавок, позволяющих увеличить содержание воды в цементном растворе (бентонита, диатомита, мела, золы и др.).
Облегченные тампонажные растворы можно приготовить тремя способами.
1.Цемент и облегчающие добавки перемешиваются в сухом виде.
2.Цемент затворяется на заранее приготовленном водном рас творе облегчающих добавок.
3.Облегченный тампонажный раствор образуется в процессе закачки в скважину отдельно цементного раствора, заранее при готовленного водного раствора и раствора облегчающих добавок. Смешивание этих растворов происходит в специальном коллекторесмесителе за счет напора струи прокачиваемых растворов.
Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Но наи более рациональным из них является третий.
Для приготовления облегченных растворов необходимо точно определить плотность облегчающей добавки (глинопорошка, песка, шлака, золы, асбеста, трепела или других материалов), а также ее весовой состав и другие параметры. В лабораторных условиях определяют плотность, влажность, химический состав добавки,
24 Заказ 484 |
369 |