книги / Решение практических задач при бурении и освоении скважин

лее тяжелого цементного раствора (за колонной) и более лег­ кого бурового раствора (внутри колонны), равно

Ру =0,01(НЦР -Й)(У//л -у гр) = 0,01(800-15)(1,9-1,3) =4,7 МПа.

Давление в конце цементирования определяется как сум­ ма давлений Рг и Ру.

Рг =8,2+4,7 = 12,9 МПа.

6.По величине конечного давления выбираем цементиро­ вочный агрегат.

7.Установление режима работы цементировочных агре­

гатов.

A. Сопоставляя значение Рп с характеристикой агрегата, видим, что закачка цементного раствора в колонну должна быть начата на III скорости, так как Рт > Рг > Ptv. В дальней­ шем, когда давление по мере закачки раствора начнет падать, можно будет воспользоваться IV, а затем и V скоростями. Оп­ ределим объемы раствора, закачиваемого на различных ско­ ростях агрегата.

Б. Столб цементного раствора, который необходимо зака­ чать на III скорости, до переключения агрегата на IV скорость равен

А™ - Ъ - ' г ' ^ 4(8’2- 5’6)=430л,.

Я(Г«р.-Уг.р.) Ю4(1,9-1,3) B. Объем этого раствора

Уцр = F„ ■кц р = 0,013-430=5,6 л.3,

Г. Столб цементного раствора, который должен быть зака­ чан на IV скорости

Д. Объем этого раствора

Уц.Р. = Fc* кц.р =0,013 210= 2,7м3.

Е. Остальной объем цементного раствора, закачиваемого на V скорости

=26,4-5,6-2,7 = 18,1 м3.

Ж, Постоянные элементы для данной скважины:

/0 = L-h0=3300-576 =2724м\

-А 576-15 =! 19JH/ МПа. 4,7

3. Высота столбов продавочной жидкости, закачиваемой на различных скоростях агрегата. Эти величины находятся при помощи постоянных 10 и а, следующим образом:

1п.р. =l0 +a\{Pv - Р г )" 2724+119(4,35-8,2) =2266м;

hn.P. = а\(Piv ~Pv ) = П 9(5,6- 4,35) = 149м;

кЩр. - а\ ( Р ш ~ Piv) = 119(10,0-5,6) = 524м;

hp р = а, ( р к - Р ш ) = 119(12,9 -1 0,0) = 345 м.

И. Количество продавочной жидкости, закачиваемое на раз­ личных скоростях агрегата,

Уп.р, =Fc*-ln.p. =0,013-2266= 29,46 л»3;

vn.p. =Fc*-hnrp. = 0,013 149= 1,94 JW3;

vn“p. =FCH‘hn‘p. =°-°13• 524= 6,81мг;

vn.P. = FCK■kfjp =0,013■ 345=4,48 M\

Общее количество продавочнойжидкости будет Т.УПР =42,7 м3. Как видим, полученное количество продавочной жидкости сов­ падает с количеством, полученным в п. 4, что свидетельствует

оправильном выполнении и достаточной точности расчетов.

8.Время цементирования. Предварительно производим рас­ чет при условии работы одного цементировочного агрегата. Вре­

мя работы одного агрегата на II скорости с производительно­ стью qn при продавке объема VjJр

(5,6+6,81)1000 =28,5мин. 7,25-60

Времля рабеоты на IV скорости (объемы Уц.Р и УрР ) ‘iv = (2,7 +1,94)1000 = 6,0 мин.

12,94-60

372

Время работы на V скорости (объемы Уц .р . и Vff . P. )

(17,1+29,46)1000 = 46,8 мин. 16,6-60

Общее время цементирования будет

Тц ~ *v+hv +UII +1и +fп = 19,7+28,5+6,0+46,8+15 =116мин..

где tn — время на промывку соединительных трубопрово­ дов.

9. Температура забоя скважины может быть определена по формуле

Тъ= 15+Г-3300 = 97,5°С,

где Г — геотермический градиент (в данном примере Г = 0,025°С/м).

Подсчет показывает, что необходим цемент для горячих сква­ жин, время схватывания которого не менее Тскв = 105 мин.

10. Потребное количество цементировочных агрегатов опре­ деляется по двум параметрам: по времени схватывания и из ус­ ловия обеспечения необходимой скорости подъема, цементного раствора в затрубном пространстве с учетом одного запасного агрегата. Из двух расчетов выбирается больший результат.

а) по времени схватывания:

б) для обеспечения необходимой скорости подъема цемен­ тного раствора в затрубном пространстве

где vr —технически необходимая скорость подъема цемент­ ного раствора в затрубном пространстве (vr = 2 м/с),

qv — производительность агрегата на V скорости, л/с. Следовательно, для цементирования скважины необходи­

мо принять пять цементировочных агрегатов.

Время, потребное для всего процесса цементирования с ис­ пользованием пяти агрегатов, составит

11. Потребное количество цементосмесительных машин: а) по грузоподъемности

Сц 34,7

= 2,

GE 20

373

где Gu — масса цемента в т;

СБ—емкость бункера цементосмесительной машины в т; б) по производительности

т= " Яу 516,6

Я.т 20

Принимаем для цементирования пять цементосмеситель­ ных машин.

5.6.4. РАСЧЕТ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ КОЛОННЫ

(Two-stage cementing calculation)

Расчет двухступенчатого цементирования про­ изводится подобно расчету одноступенчатого цементирования. Отличается расчет в основном тем, что вначале находят мес­ то установки цементировочной муфты. Возможны три случая двухступенчатого цементирования.

1.При двухступенчатом цементирования предусматривает­ ся создание в затрубном пространстве прерывистого кольца. Ступенчатое цементирование с созданием прерывистого коль­ ца производится в том случае, когда по геологическим причи­ нам необходимо изолировать цементным кольцом горизонты, далеко отстоящие друг от друга.

При этом высота установки цементировочной муфты опре­ деляется без расчета, из геологических соображений. Муфта ус­ танавливается на 50—100 м ниже подошвы пласта, подлежаще­ го изоляции цементным раствором второй порции (ступени).

2.При двухступенчатом цементировании создается сплош­ ное цементное кольцо в затрубном пространстве. Цементи­ рование производится таким образом, что процесс продавки первой порции цементного раствора в затрубное пространство совмещается с закачкой второй порции цементного раствора

вобсадную колонну. К моменту окончания продавки первой порции цементного раствора вторая порция доходит до цемен­ тировочной муфты, открываются отверстия цементировочной муфты и сразу же начинается продавка второй порции цемен­ тного раствора в затрубное пространство. Целесообразно оп­ ределять место установки муфты так, чтобы давления в конце продавки первой и второй порций были равны. Это обеспечи­ вает проведение цементирования при минимальных давлениях на головке колонны и за минимальное время, так как при мень­ ших давлениях можно использовать для продавки цементного раствора высшие скорости цементировочного агрегата.

374

М. М. Глоговский рассматривает три варианта решения пос­ тавленной задачи, исходя из соотношения предложенных им критериев

2L- Нцр

(5.172)

2Н'ч,Р~^

Ю2 - d 2

(5.173)

d2

1- й вариант (3 < а,

2- й вариант р = а,

3- й вариант р > а.

Высота установки цементировочной муфты различна для указанных вариантов.

При первом варианте к моменту окончания продавки пер­ вой порции цементного раствора в затрубное пространство вто­ рая порция цементного раствора не войдет еще полностью в обсадную колонну. В этом случае высоту установки цементи­ ровочной муфты следует определять по формуле

При втором варианте к моменту окончания продавки пер­ вой порции цементного раствора вторая порция полностью вой­ дет в обсадную колонну. Высоту установки муфты следует оп­ ределять по формуле

Этот вариант представляет собой частный случай третье­ го варианта.

3. При третьем варианте к моменту окончания продавки первой порции цементного раствора в колонну закачаны пол­ ностью вторая порция цементного раствора и некоторое ко­ личество продавочной жидкости. Высоту установки муфты сле­ дует определять по формуле (5.175).

При двухступенчатом цементировании в затрубном про­ странстве создается сплошное цементное кольцо. Опыт двух­ ступенчатого цементирования показал, что иногда первая порция цементного раствора поднимается выше цементиро­ вочной муфты, За время продавки второй порции цементно-

375

376

Пример расчета двухступенчатого цементирования скважины

Расчет производим для третьего случая двухступенчатого цементирования

I. Определение высоты установки цементировочной муфты

hu = 1800(1,9-1,4) -150 м.

2(1,9-1,4 4-0,1)

Отсюда определится высота подъема цементного раствора первой ступени НцР =750 м, второй ступени Н цР = 1800 — -750= 1050 м.

II. Расчет цементирования первой ступени

1, Потребное количество цементного раствора:

Уцр —0,785(1,2 ■0,2142 -0,1462)750 + 0,785 0,1222 -15= 20,1 л<3. 2. Потребное количество сухого цемента:

Gu =— -— 20,1• 1,9 = 26,3 т.

ц1+0,45

377

3. Количество воды для затворения цементного раствора: VB=0,45-26,3 = 11,8м\

4. Объем продавочной жидкости: VnP =0,785-0,0164-3485=45 м \

где

dlP = (0,1322 -600+0,132 -800+0,1282 -900+

+0.1262 -700+0Д242 -300+0Д222 -185)/(3500-15)

^= 0,0164 м2.

5.Давление на головке колонны перед схождением пробок

вМПа:

/>г =0,002-3500+1,6 =8,6,

ру =0,01(750-15)(1,9-1,4) = 3,69,

рк = 8,6+3,69= 12,29МПа.

6.Принимаем для цементирования агрегат ЦА-300 с диа­ метром втулок 127 мм.

7.Установление режима работы цементировочных агрегатов при закачке и продавке первой порции цементного раствора:

а) так как рг > p,v > рт , то закачка цементного раствора должна быть начата на III скорости агрегата:

б) столб цементного раствора, который должен быть зака­ чан на III скорости:

в) объем этого раствора

Уц.р =0,0129-600= 7,73м3;

г) столб цементного раствора, закачиваемого на IV скоро­

мое на V скорости,

VvUP =20,1-7,73-3,23= 10,12м3;

378

ж) постоянные коэффициенты скважины

з) высота столбов продавочной жидкости, закачиваемой на различных скоростях агрегата, в м

hvnJ, =3069+113(4,35-8,6) =2589,

h„[P =113(5,6-4,35) = 141,

h'/j'p =113(10,0-5,6) =497, A#j> = 113(12,29-10,0) = 258;

и) количество продавочной жидкости, закачиваемое на раз­ личных скоростях агрегата, в м3

V%p =0,0129-2589 = 33,42,

Vljvp =0,0129-141 = 1,84,

Vjj'p =0,0129-497=6,41,

Vfip =0,0129-258=3,33,

YVn.p =45лН совпадает с объемом, полученным в п. 4 рас­

h = 15+ 3500 = 85°С. 50

Цемент для горячих скважин характеризуется началом схва­ тывания 105 мин.

Тц = 14,6 + 32,9 + 6,5 + 43,8 = 97,8 мин.

10. Потребное количество цементировочных агрегатов:

379

а) по времени схватывания

п= — —+1=3;

0.75.105

Принимаем для цементирования первой ступени пять аг­ регатов.

III.Расчет цементирования второй ступени

1.Потребное количество цементного раствора

УЦ Р = 0,785(1,2 - 0,2142 - 0,1462 )1050+ 0,785• ОД222 • 15= 27,6 м3.

2. Потребное количество сухого цемента

Gj, = — 1— 27,6 • 1,9 = 33,6т. Ц 1+0,45

3. Потребное количество воды для затворения цементного раствора

VB =0,45-36,6 = 16,5 лА

4.Объем продавочной жидкости Vnp - 0,785 • 0,0164■2735=35,5лА

5.Давление на головке колонны перед схождением про­ бок в МПа

рг =0,002-2750+1,6 = 7,1 МПару = 0,01(1050-15)(1,9-1,4) = 5,18МПа;

рк =7,1 +5,18= 12,28 МПа (при цементировании первой ступени 12,29 МПа).

6.Принимаем для цементирования агрегаты ЦА-300.

7.Режим работы цементировочных агрегатов при цементи­ ровании второй ступени:

а) закачка цементного раствора должна быть начата на III скорости;

б) столб цементного раствора, который необходимо зака­ чать на III скорости

Vjj'p =0,0129 -300 = 3,87 мг\

380