
книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали
..pdfраствора в кольцевое пространство скважины. Уменьшение отрица тельного влияния Рэкв в наклонной скважине возможно за счет ис пользования бурильной колонны большего диаметра, например 0 &к = = 139,7 мм, вместо 0 б/к = 127 мм. Трубы 0 139,7 мм устанавливают ся на вертикальном участке и на участке набора кривизны. Другим решением проблемы является использование столба бурового рас твора расчетной плотности (например 1,4-5-1,50 г/см3) в кольцевом про странстве скважины на вертикальном и наборе кривизны интерва лах профиля, который будет вытесняться по мере поступления там понажного раствора в колонну.
8.2.6. На этапе продавливания - вытеснения тампонажного рас твора в кольцевое пространство скважины давление на ЦА -
постепенно возрастает, достигая наибольшего значения к моменту возникновения гидравлического удара - окончания цементирования скважины. Процесс продавливания является одним из важных этапов цементирования обсадной колонны. Так если при закачке тампонаж ного раствора внутрь колонны и его продавливания до башмака ко
лонны = const, а следовательно, остается постоянным давле
ние на пласт, то при вытеснении раствора в кольцевое пространство по мере увеличения высоты столба тампонажного раствора давление на пласт непрерывно возрастает. Поэтому на этой стадии цементиро вания колонны необходимо обеспечить плавное снижение подачи ЦА
с 20Ц™ = 2 0 ^ =0,0182 м3/с до = 0,0095 м3/с. Например,
когда цементный раствор будет поднят в кольцевом пространстве скважины на высоту hjj1= 125 м, то ИРГ}£= 0,01 (1,85 • 125 + 1,18 х
х 2275) = 29,15 МПа. Тогда по формуле (8.3) будетравно: Р ^ н =
= (26,0 + 6,0) - 29,15 = 2,85 МПа.
Текущее значение 2£цд по формуле (8.7) составит:
где (А1+Л2) = 1,259 • Ю10. Давление на ЦА определяется по формуле (8.13), однако предварительно находится Р ^. При AJJ* = 125 м внутри
201
хвостовика остается цементный раствор в объеме 11,38 м3, что соста
вляет длину столба |
= 556 м ,аА “ = / £ . cosa=556 • 0,2588 = 144 м. |
|
Тогда Дкв. = 0,01 • 0,67 (144 - 125) = 0,13 МПа. |
|
|
Р ц а = 0,0152 • 2,3246- Ю10-0,13 = 5,23-0,13 = 5,10МПа. |
||
Здесь[(Ах+А2)+{Вх+В2)У 10,о= 2,324 • 10ю; (Я, +В2)= 1,065 • 10ю. |
||
Далее, при продолжении процесса продавки, когда |
= 250 м, |
то в хвостовике остается цементного раствора в объеме 5,69 м3 на
длине 277 м, что составляет |
= 71,8 м. Так как /?™> h™, то возни |
||
кает АЛ** (по формуле 8.14) равное: АРт/„ = 0,01 • 0,67 (250 |
- 71,8) |
= |
|
= 2,02 МПа. При h™ = 250 м |
= 0,01 (1,85 • 250 + 1,18 |
• 2150) |
= |
29,99 МПа. Р ^ н = (26,0 + 6,0) - 29,99 = 2,01 МПа; (At +А2) = 1,431 х
х 10ю; {В\ + В2) = 1,069 • Ю 10. 0 ц а = |
I 2 01 106 |
- 10 = 0,01185 м3/с. |
'Ц V1»431’10
Давление на ЦА составит Рцд = 0,011852 • (1,431 + 1,069) • 10ю+ 2,02 = = 3,51 +2,02 = 5,53 МПа.
На стадии завершения процесса продавки при Л™ =375 м; =
= 1449 м. Р,/Ст по формуле (8.2) равно 30,83 МПа. Р ^ н по формуле (8.3)
равно 1,17 МПа. Разность между гидростатическим давлением столба цементного раствора за обсадной колонной и буровым раствором внутри колонны Д1°ст. = 0,01(1,85 - 1,18) • 375 = 2,51 МПа. £ ца по фор муле (34) равно 0,00984 м3/с, принятое значение (Тцд = 0,095 м3/с. Дав ление на ЦА к моменту возникновения гидравлического удара равно:
ЕЛ и = к * + Лг) + W + m + ЛЛ/с + ДР,„.. (8.15)
где (А, + А,) = 1,69 • 10” ; (В, + В2) = 0,658 • Ю10; АРг1ст = 2,51 МПа; АРу д ф . - допустимый скачок давления на ЦА в момент посадки це ментированной пробки на упорное «стоп-кольцо». Из практических соображений АРудар. = 2,0 МПа, тогда £ Р ца = 0,00952 • 2,348 • Ю10 +
+2,51+2,0 = 6,63 МПа.
8.2.7.Определяется время, затрачиваемое на процесс цементи рования потайной колонны.
202
Как известно, общее время цементирования обсадной колонны £Гцем. определяется по формуле
цем. ^эак./прод Афод. "**^всго |
(8.16) |
где *эак./прод. - время закачки тампонажного раствора, включая время его продавливания до башмака потайной колонны, мин; - время вытеснения тампонажного раствора в кольцевое пространство сква жины на расчетную высоту, мин; tK - время затрачиваемое на вспо могательные работы - пропуск заливочной пробки внутрь колонны, промывка линий высокого давления от остатков тампонажного рас твора, мин. Значение W , как правило, не превышает 10 мин
= 79,44 = 72,7 мин; Sfigf 0,0182
17,06 =23,5 мин;
0,0121
^бцА/ср. - значение средней подачи ЦА при продавливании. На ос нове предварительных расчетов принята равной 0,0121 м3/с;
ЕГцеМ.= 72,7 + 23,5 + 10 = 106,2 мин (1,77 ч).
Полученное значение £Гцем.меньше допустимого Гдоп. = 0,75 Т^., где 7заг. - время начала загустевания тампонажного раствора. Для при нятого в расчете тампонажного раствора, приготовленного из порт ландцемента тампонажного ГОСТ 1581-96 с добавлением замедли телей сроков схватывания Гдоп. составляет 120 мин. Из расчета ХТцеы видно, что возможность сокращения времени, затрачиваемого на це ментирование эксплуатационных обсадных колонн, помимо ускоре ния процесса спуска и облегчения веса колонны, по существу, и яв ляется одним из основных преимуществ использования потайных ко лонн, вместо сплошных при креплении НСБО.
203
8.3. Определение высоты подъема цемента, глубины установки муфты для ступенчатого цементирования эксплуатационной колонны,
длины «хвостовка»
Метод ступенчатого цементирования эксплуатационной колон ны, чаще всего применяется в глубоких вертикальных и наклонных скважинах, особенно, в наклонных скважинах с большим отклонени ем ствола от вертикали, в горно-геологических и технико-технологи ческих условиях, при которых фактическое давление на пласт ЕРошУфакг. к моменту окончания процесса цементирования, превышает допусти мое давление ЕРсиЛюп.* Задача сводится к определению высоты подъ ема цемента за колонной AjJ, которая по существу является высотой
установки муфты для ступенчатого цементирования Л ^ц ( AjJ = ^мсц >
по длине ствола скважины |
= /££ц). Глубина установки МСЦ [83]: |
|
|
/мсц = Х . „ - С , |
(8.17) |
где ZCKBглубина скважины по длине ствола, м. |
|
|
Условие для решения задачи записывается в виде: |
|
|
^РсквУфакг. —ЕРсквУдоп. |
(8.18) |
|
Известно, что И,Рскъ1^ |
определяется по формуле: |
|
|
.+ P3U, |
(8 .19) |
ГД= T’rto.. Лл™.- гидростатическое, гидродинамическое давление на пласт в процессе цементирования колонны, МПа.
P Z . =0,01[^pnPu/p + ABpP(,p], |
(8.20) |
где Ле/р - высота столба бурового раствора в кольцевом пространст ве скважины, м; 0,01 = g • 10‘3 (g = 9,8 Н/кг). Так как h&p= Яв - Ац/Р, то формула (8.20) переписывается в виде:
PZ. = 0,01 [ (Рц,р - Рб/р) + Я .Рб,р] |
(8 .21) |
204
По формуле (8.19) имеем:
=0,01 |
+ |
(*-22) |
где Нл - глубина скважины по вертикали, м; рцгр, рб/Р - плотности цементного и бурового растворов, в г/м3.
Р?,"ш - определяется, как сумма гидравлических потерь при дви
жении составного столба жидкости в кольцевом пространстве сква жины, по формуле:
р к / п |
^-lO V p |
+ ^1 (Аж». |
Ар )pgp |
^ ^ |
г/дин. |
( < W « ) 3(‘W « ) 2 |
K - O |
’ R + O 2 |
' |
|
||||
ИЛИ PZm = |
(PP'P |
PWP) + АоЛц> |
.(8.24) |
|
|
(d ,~ d „ ) ( < W „ |
|
|
|
Оценочные расчеты по определению Р ^ н_по формулам, учиты
вающим реологические параметры, режим течения жидкостей [27] и по формуле (8.23) при К\ = 0,04 показали хорошую сходимость ре
зультатов; /^р - заменено на Лцр/cosoJ а - зенитный угол ствола сква
жины на интервале цементирования колонны.
<7Д, dofK- диаметр долота (скважины), обсадной колонны, м. 2(?ца - производительность цементировочных агрегатов (ЦА) к
моменту окончания цементирования скважины, м3/с.
В формуле (8.18) ХРскв/доп. Дм. Ррепр./доп.р |
(8.25) |
где Рпл. - пластовое давление, МПа на глубине Нв; РрепрУдоп. - допус тимая репрессия на продуктивный пласт, МПа.
Следует отметить, что в [4] предусмотрено - гидравлическая про грамма строительства скважины разрабатывается таким образом, что бы исключить гидроразрыв пласта. Эго означает, что допустимым значением давления на пласт является давление гцдроразрыва.
Для обеспечения подъема цемента за колонной на меньшую вы соту представляется возможным принятие минимального расчетно
го значения репрессии на пласт Р™пПр7расчет равное 3,0 МПа, что со
205
ответствует максимальному давлению на пласт с учетом допустимо го превышения гидростатического давления столба бурового раство ра над пластовым [4]. Таким образом предлагается при разработке гидравлической программы цементирования эксплуатационной ко лонны в качестве расчетного давления репрессии на пласт прини мать: РрепрУрасчег. = 3,0...6,0 МПа. В то время как при расчете гидрав лики процесса цементирования промежуточных (технических) ко лонн рекомендуется принять за расчетное давление репрессии на пласт, как разность между давлением гидроразрыва пласта с учетом коэффициента безопасности Кб и гидростатическим давлением стол ба жидкости в скважине Рт/ст
|
|
|
Р Х = 1 Г - р ^ |
|
(8-26) |
|||
|
|
|
|
|
К 6 |
|
|
|
|
Для цементирования эксплуатационной колонны формула (8.25) |
|||||||
записывается в виде: |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
^-РеквУдоп. “ ысвУрасч. ~ Pnn.~^ Ррепр./расчет. |
(8.27) |
|||||
|
Из условия (8.19) имеем: |
|
|
|
|
|
||
|
|
У Р |
|
_ |
рк/п I |
рк/п |
|
(8.26) |
|
|
|
сквУрасчег. |
г г/ст.т |
г г/дин. |
|
||
Подставив |
(8.21), Pi/дщ. (8.23) в (8.28) и решая относитель |
|||||||
но /# “= Л^сц получим: |
|
|
|
|
|
|
||
|
^ |
^еквУдоп. |
-2Н |
+ |
K\hn. Е£?ца |
|
||
|
|
|
|
|
Рб/р |
|
||
Х.К/П_ |
гв/п _ |
|
|
|
( d , - d j ( d , + d j |
(8.28) |
||
Пи/р ~ |
"МСЦ ~ |
|
£ -г |
, |
|
1 е » |
10-’ |
|
|
(рцр “ Рб/р) |
|
|
|||||
|
|
cosa ( y , - d „ ) 3(r f,+ y „ )2_ |
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
По формуле (8.29) определяется /$£= |
|
- допустимая высо |
та подъема цемента за одноразмерной (сплошной) эксплуатационной колонной при заданном значении /репр^жяег. и других параметрах це ментирования колонны в данной конкретной скважине.
206
При цементировании потайной колонны-хвостовика, формула для определения йц/р/хв. имеет вид:
|
g-2 H .+ |
Рб/р |
с » . = - |
8 (Рир |
Рб/р) |
|
||
( Л л2е»„-10-3 |
Р ц р |
Рб/р |
cos а |
_{dn~dXB) (^/д + ^/хв) |
( ^ д “ ^ б /к ) (</Д+ */б/к) |
|
где d&K>dXB.- диаметры бурильной колонны, «хвостовика», м. Влияние на режим цементирования эксплуатационной колонны
длины вертикального участка профиля НСБО.
Было показано, что в процессе закачки цементного раствора внутрь колонны., под действием перепада давления АР, в кольцевом
пространстве скважины, создается гидродинамическое давление Р ^и
и соответственно репрессия на пласт, могущие превысить допусти мые значения. При одном и том же объеме цементного раствора вну три колонны, а следовательно длины столба, величина АР в верти кальной части профиля скважины больше, чем в искривленной на столько, насколько проекция наклонного ствола на вертикаль, мень ше ее длины по стволу.
Величина АР определяется по формуле:
АР = 0 ,0 1 (р ц/р- р б/р)Я о, |
(8.31) |
где Яс - высота столба цементного раствора внутри колонны, м.
АР - расходуется на преодоление суммарных гидравлических со
противлений ЕЛвдр при течении жидкостей внутри колонны Р*J j" и
в кольцевом пространстве скважины Р^ р.
s/*™» = р £ Г + р £ , , |
(*-32) |
где Р^ ^ 11 ~ включает потери давления при движении цементного
раствора на длине Я0 и бурового раствор на длине 1&р= Lca - Я0.
207
Приравняв (8.31) и (8.32) и, решая уравнение относительно Я 0, получено выражение для допустимой высоты столба цементного ра створа tfo/доп, при котором обеспечивается условие - P^njRW. <6,0 МПа. Найденное значение НЫ№Ж.соответствует длине вертикального уча стка профиля, т. е. глубине точки зарезки наклонного ствола скважи ны - Я х/ир..
Для случая использования одноразмерной сплошной эксплуата ционной колонны, формула для НЫдоп.^ Ят/эаР. имеет вид:
|
^ 2 Р б / р А : к в . £ £ ? ц а /з а к |
HrJ, 1—-^Т/ЧЯП— |
-. (8.33) |
к2Ы■ца/зак ' 10"3 |
|
|
( Р ц р Р б / р ) |
При использовании в качестве эксплуатационной колонны - «хво |
|
стовика», формула для определения |
> Я тзар имеет вид: |
^йии + ^-гРб/р^Йа/зак |
|
Я ” |
(8.34) |
(Рцр “ ■Рб/р)| S |
K l Z Q j , з а к - Ю ' 3 |
J 5 |
|
|
anu/Klir |
где К2 - коэффициент гидравлических сопротивлений при течении жидкости внутри обсадной (бурильной) колонны. Согласно [49] К2 = = 0,024; dn/oKl ^4н/бю <Лн/хв - внутренние диаметры обсадной буриль ной, «хвостовика» колонн, м. Рг^ н определяется по формуле,
Р ,£ - |
(8.35) |
Так как в период закачки цементного раствора внутрь колонны в кольцевом пространстве скважины находится только буровой рас
твор, то |
определяется по формуле: |
|
|
=0,01РврД.. |
(8.36) |
208
В формуле (8.29, 8.30) E g ,^* - суммарная производительность ЦА в период закачки цементного раствора при сплошной эксплуа тационной колонне Е^ца/эакопределяется по формуле:
(8.38)
При использовании «хвостовика» формула для Е^ш/ик имеет вид:
(8.39)
Для количественной и качественной оценки влияния параметров режима цементирования на величины Лц/Р; Лмсц; /цгр; /м и на Но/доп. по предлагаемой методике приводятся пример расчета цементирования эксплуатационной колонны в НСБО с следующими исходными дан ными. Глубина скважины по вертикали - 2400 м, по стволу - 7163 м. Проектное отклонение ствола от вертикали А = 6500 м. Скважина по логая, тип профиля - 3-х интервальный. Глубина точки зарезки Н -^. - 250 м; максимальный зенитный угол a max = 73° на глубине 470 м по вертикали, по стволу —542 м.
Пластовое давление Р™. = 26,0 МПа; давление гидроразрыва пласта с учетом коэффициента безопасности - Рфвр. = 37,71 МПа. Рас четное, допустимое значение репрессии на пласт РреслрУрасч = РрепрУдоп. = = 6,0 МПа.
Диаметр скважины, dR= 215,9 мм (0,216 м); диаметр бурильных труб d o t= 127 мм (0,127 м); диаметры обсадных труб, d0K- 177,8 мм (0,178 м); 168,3 мм (0,168 м). Плотность бурового раствора, ре/Р = 1180 кг/м3; плотность цементного раствора Рц/р = 1850 кг/м3.
По формуле (8.25) допустимое давление в скважине равно:
ЕРсквУдоп. = 26,0 + 6,0 = 32,0 МПа.
209

Гидродинамическое давление в кольцевом пространстве скважи ны при закачке цементного раствора внутрь колонны, равное гид родинамической составляющей репрессии на пласт - Prim* составляет:
FSL. = 2 « Г - ргй. = 32,0 - 28,32 = 3,68 МПа,
- гидростатическое давление столба бурового раствора, равно:
= 0,01 • Нврб/Р= 0,01 • 2400 - 1,18 = 28,32 МПа.
Результаты расчета AJJ = АМСц> А ^ , Но1аоп = Ят.зар. при одно
размерной, сплошной эксплуатационной колонне и «хвостовика» представлены в табл. 8.1; 8.2.
Таблица 8.1
Расчет расстояния от забоя скважины до места установки муфты ступенчатого цементирования, высоты подъема цемента за колонной и длины «хвостовика»
Диаметрколонны .),(</* обсадной d,Ык(хвостовика)мм
177,8
168,3
Расчетная репрессия на пласт Р^пр1рлсч,, МПа
6,0
5,0
4,0
6,0
5,0
4,0
6,0
5,0
4,0
6,0
5,0
4,0
Расчетное гидродинами ческое давление в коль |
цевом пространстве сква |
жины Рг/днн/р«сч.»МПа |
Суммарная подача це ментировочных агрегатов в конце цементирования |
2)(2ц1/удар| М/С |
3,68 |
|
|
I |
|
|
|
|
2,68 0,0088
1,68
3,68
2,68 0,0047
1,68
3,68
2,68 0,0088
1,68
3,68
2,68 0,0047
1,68
Эксплуатационная колонна
Сплошная Хвостовик
Расстояние от за |
|
/„, |
||
боя до места ус |
Высотаподъема цементаАц, м |
|||
хвостовикаДлина м |
||||
вертикали,По м |
стволу,По м |
|||
тановки «МСЦ» |
|
|
||
81 |
277 |
380 |
1300 |
|
- |
_ |
267 |
913 |
|
- |
_ |
154 |
527 |
|
404 |
1382 |
491 |
1680 |
|
260 |
889 |
354 |
1211 |
|
116 |
397 |
217 |
742 |
|
290 |
992 |
434 |
1484 |
|
^ 150 |
513 |
305 |
1043 |
|
10 |
34 |
176 |
602 |
|
472 |
1616 |
514 |
1758 |
|
326 |
1115 |
370 |
1265 |
|
179 |
613 |
227 |
776 |
210