Проектирование крепления скважины и расчёт цементирования колон на скважине № 1 Судовицкого месторождения

 

 

 

 

Таблица 17 – Общие сведения о цементировании обсадных колонн

 

Название колонны	Способ цементирования	интервал установки, м		Глубина установки  муфты МСЦ, м	номер  ступени  цементи-  рования	высота  цемент-  ного  стакана,  м	интервал  цементирования, м
		от  (верх)	до  (низ)				От (верх)	До (низ)
Кондуктор D 324мм	Прямой	0	165		1	15	0	165
Промежуточная D 245мм	Прямой	0	1420		1	20	0	1420
Эксплуатационная	Ступенчатый	0	3390	2600	1	30	2600	3390
D168мм					2	0	0	2600

 

2. Расчёт потребного количества материалов для цементирования

 

Исходные данные для расчёта цементирования эксплуатационной колонны приведены в таблице № 18.

 

Таблица 18 – Исходные данные для расчёта цементирования эксплуатационной колонны

Назначение	Обозначение	Значение
Глубина, м - скважины; - спуска промежуточной колонны;	L Lтк	3390 1420
Диаметры, мм - эксплуатационной колонны; - внутренний диаметр промежуточной колонны; - внутренний диаметр эксплуатационной колонны; - внутренний средневзвешенный диаметр эксплуатационной колонны - долота; - скважины.	Дэк dтк dэк dср.эк   Дд Дскв	168.3 224.5 152.3 152.5   152.5 215.9 259
Плотность, г/см3, - цементного раствора; - бурового раствора; - буферной жидкости; - продавочной жидкости	ρцр ρбр ρбуф ρж	1.95 1.31 1.20 1.20
Толщина фильтрационной корки, мм	∆	1.0
Высота цементного стакана, м	h	30
Коэффициент кавернозности (1080-3735)	k	1.2
Интервалы цементирования, м - тампонажный;	Н1	0-2600
- тампонажный;	Н2	2600-3390
Водоцементное отношение: - для тампонажного раствора.	m	0.5

 

Решение

1. Определяем потребное количество цементного раствора

Интервал 2600-3390 м.

Vц.р1 = 0.785[(Д2с. – Д2э.к.)* Н2 + dэк.* hст.]                         (4)

Дс= Кк. * Дд. = 1.2 * 0.2159 = 0.259 м

Vц.р.1 = 0.785[(0.2592 – 0.1682)* 790+ 0.152*30)] = 27.67 м3

 

2. Определяем потребное количество сухого цемента:

Интервал 2600-3390 м.

1.95 * 27.67

Qц. = (1 + 0.5) = 35.97 т

 3. Определяем потребное количество воды затворения:

Интервал 2600-3390 м.

Vв. = 35.97 * 0.5 = 17.98 м3

4. Определяем потребное количество продавочной жидкости по формуле:

Vпр. = 0.785 *d2ср.(L - hст.)Kс                                    (7)

 

Vпр1. = 0.785 * 0.15252 * (3390 – 30) * 1.03 = 63.18 м3(1ая-ступень)

5. Определяем объем буферной жидкости по формуле:

Vбуф. min£Vбуф.£Vбуф.max                                              (8)

где Vбуф.min - минимально необходимый объем буферной жидкости.

Vбуф.max - максимально допустимый объем буферной жидкости.

При применении разделительных пробок на границах промывочная жидкость - буферная жидкость - тампонажный раствор

Vбуф.min = 0.000157h [Д2с – Д2д + 2D (Дд + Дт)]                                (8)

где h - длина цементируемого интервала.

 Дт. - наружный диаметр обсадных труб.

D - толщина глинистой корки D = 0.1 см.

При отсутствии разделительных пробок:

Vбуф.min = 0.22 * (Vт. + Vцем.)                                                 (9)

гдеVт. - внутренний объем труб по которым закачивается буферная жидкость.

Vцем. - объем цементного раствора.

[rб.р.* L - 100 * k * Pпл. * cos?a] * Fзат

Vбуф.max = rб.р * rб.ж. (10)

где k - коэффициент безопасности (1.05 - 1.15)

 a - угол наклона скважины на участке цементирования.

Скважина вертикальнаяa = 0° cos0° = 1

Fзат. - площадь сечения затрубного пространства в интервале цементирования.

Vбуф.min1 = 0.000157 * 3390[501 - 462.2 + 0.2( 21.59 + 16.8)] =2.6 м.3(1ая ступень)

Vт. = 0.785 * d2ср.* L = 0.785 * 0.02159 * 3390 = 57.4 м.3

 

[1.31 * 3390 - 100 * 1.05 * 27.75] * 0.03

Vбуф.max1 = 1.31 * 1.60 = 21.8м.3

 

Fзат. = 0.785 (Дс2 - Дэк2) = 0.014 м.

Принимаем цементирование производить с нижней пробкой, поэтому Vбуф. = 3.5 м3

Гидравлический расчёт цементирования эксплуатационной колонны

1. Принимаем скорость восходящего потока

Vвос = 1.5 м/с

2. Определяем количество подачи цементировочных агрегатов для

поддержания Vвос по формуле:

Qца = F*Vвос*100                                          (11)

Qца = 0.014*1.5*1000 = 21 л/с

3. Определяем ожидаемое давление на цементировочной головке в конце цементирования по формуле:

Рmax = Ррст + Ртр + Рзат + Рст                                           (13)

где Ррст – разность гидростатических давлений в трубах и затрубном пространстве.

Ррст = 0.01(rсцр- rбр)( L – h )                               (12)

Ртр – потери давления в трубах.

 0.165 * rбр * Q2ца * L

Ртр = d5ср (15 )

Рзат – потери давления в затрубном пространстве.

 _0.289 * rпр * Q2ца * L

Рзат = ( Дс - Дэк )3 ( Дс + Дэк )2                                           (13)

Рст – давление стоп – момента

Рст = 0.5÷1.0 МПа.

 1.94*900 + 1.20*1150 + 615*1. 6

rсцр= 2600 = 1.6 г/см3

Ррст = 0.01( 1.94 – 1.60 )( 2600 – 30 ) = 6.9 МПа

 0.165 * 1.31 * 26.72 * 2570

Ртр= 15.25 = 0.48МПа

 _0.289 * 1.64 * 26.72 * 2570_

Рзат = ( 25.9– 16.8)3 * ( 25.9 – 16.8 )3 = 1.6МПа

Рmax = 6.9 + 1.6 + 0.48 + 1.4= 10.68 МПа

Найденные значения заносим в таблицу № 19

 

Таблица 19 – Гидравлические потери при цементировании эксплуатационной колонны

 

Название колонны	Потери в трубном пространстве	Потери в затрубном пространстве	Давление «Стоп»	Разность гидростатических давлений	Суммарные потери
Эксплуатационная	1.6	1.4	1.0	6.9	10.68

 

Определяем тип цементировочного оборудования.

Принимаем тип цементосмесительной машины 2 СМН-20.

Принимаем тип цементировочного агрегата ЦА-320 М.

Устанавливаем втулку – 100 мм.

Закачку цементного раствора начинаем на V-ой скорости так как

Рv>Ртр+ Рзат                                                  (14)

7.8 > 1.64+1.4

Закачивать продавочную жидкость можно на III-й скорости так как РIII>Рmax

Весь объём цементного раствора закачиваем на V-ой скорости.

4. Определяем количество цементировочных агрегатов. Qца

N = Qv                                                                                          (15)

N = 7.8 = 2.69

Принимаем 3 машины ЦА-320 М.

5. Определяем количество смесительных машин 2СМН-20 Qц_____

m = 14.5 * γнц                                                          (16)

гдеγнц – насыпная масса цемента.γнц = 1.21÷1.25г/см3.

 для цемента.

 38.97__ 

m = 14.5 * 1.25 = 2.15

принимаем 2 машины 2 СМН-20

Итого для цементирования эксплуатационной колонны данной скважины необходимо 6 машины 2 СМН-20

6. Определяем количество цементировочных агрегатов для закачки тампонажного раствора.

n = 2*m                                                  (17)

для цементного раствора:

n=2*2=4

7. Определяем время цементирования по формуле:

Vбж Vц.р Vоцр 0.98Vпр 0.02 Vпр

Тц = [( n1Qv )+( n2Q1v )+( n2Q1v )+( (n-1)Q1v )+( (n-1)Q111 )]+10мин (18)

 

Должно выполняться следующее условие:

Тц< 0.75 Тнс

где Тнс – время начала схватывания цементного раствора (90 мин)

 

3.5*103 27.67*103 0.98*63.18*103 0.02*63.18*103 +

Тц1ступень = [7.8 + 5*7.8 + 5*7.8 + 5.2] +10 мин =7.4+ 11.8+26.4+4.0+10 =59.6мин.

Условие выполняется

II ступень

1. Определяем потребное количество цементного раствора.

Интервал 0-2600 м.

Vц.р2 = 0.785[(Д2с. – Д2э.к) Ноб + (d2т.к.- Д2эк.)Lт.к]              (3)

где Дс= диаметр скважины

Дс= Кк. * Дд. = 1.2 * 0.2159 = 0.259 м.

Vц.р2 = 0.785[(0.2592 - 0.1682)*(1180) + (0.22452 - 0.1682)*1420] = 60.71 м3

2. Определяем потребное количество сухого цемента:

Интервал 0-2600 м.

rц.р * Vц.р

Qц. = (1 + m)                                                 (5)

 1.95 * 60.71

Qц. = (1 + 0.5) = 78.92 т

3. Определяем потребное количество воды затворения:

Интервал 0 –2600 м.

Vв. = m * Qц. (6)

Vв. = 78.92 * 0.5 = 39.46 м3

Vпр. = 0.785 *d2ср.( L - hст. )Kс                                        (7)

Vпр2. = 0.785 * 0.15252 * (2600 – 30) * 1.03 = 48.4м3.(2 ая-ступень)

 

8. Определяем объем буферной жидкости по формуле:

Vбуф. min£Vбуф.£Vбуф.max                                                                      (8)

где Vбуф.min - минимально необходимый объем буферной жидкости.

Vбуф.max - максимально допустимый объем буферной жидкости.

При применении разделительных пробок на границах промывочная жидкость - буферная жидкость - тампонажный раствор

Vбуф.min = 0.000157h[Д2с – Д2д + 2D(Дд + Дт)]                              (8)

где h - длина цементируемого интервала.

Дт. - наружный диаметр обсадных труб.

D - толщина глинистой корки D = 0.1см.

При отсутствии разделительных пробок:

Vбуф.min = 0.22 * (Vт. + Vцем.)                                                       (9)

гдеVт. - внутренний объем труб, по которым закачивается буферная жидкость.

Vцем. - объем цементного раствора.

 [rб.р.* L - 100 * k * Pпл. * cos?a] * Fзат

Vбуф.max = rб.р * rб.ж. (10)

где k - коэффициент безопасности (1.05 - 1.15)

a - угол наклона скважины на участке цементирования.

Скважина вертикальнаяa = 0° cos0° = 1

Fзат. - площадь сечения затрубного пространства в интервале цементирования.

Vбуф.min2 = 0.000157 * 2600[501 - 462.2 + 0.2( 21.59 + 16.8)] =1.8 м.3(2ая ступень)

 

Vт. = 0.785 * d2ср.* L = 0.785 * 0.02159 * 3390 = 57.4 м.3

 [1.31 * 2600 - 100 * 1.05 * 27.75] * 0.03

Vбуф.max2 = 1.31 * 1.60 = 7.1м.3

 

Fзат. = 0.785 (Дс2 - Дэк2) = 0.014 м.

Принимаем цементирование производить с нижней пробкой, поэтому Vбуф. = 3.5 м3

Гидравлический расчёт цементирования эксплуатационной колонны

1. Принимаем скорость восходящего потока Vвос = 1.5 м/с

 

2. Определяем количество подачи цементировочных агрегатов для поддержания Vвос по формуле:

Qца = F*Vвос*100                                               (11)

Qца = 0.014*1.5*1000 = 21 л/с

3. Определяем ожидаемое давление на цементировочной головке в конце цементирования по формуле:

Рmax = Ррст + Ртр + Рзат + Рст                                         (13)

где Ррст – разность гидростатических давлений в трубах и затрубном пространстве.

Ррст = 0.01(rсцр- rбр)( L – h )                                        (12)