Расчет параметров программы цементирования

Объём тампонажной смеси и количество составных компонентов:

1.Объём тампонажной смеси определяется объёмом затрубного пространства, подлежащего цементированию и объёмом цементного стакана. Из рисунка 4 видно, что объём тампонажной смеси состоит из трёх частей и определяется по формуле:

V_mc = V^зп_цр + V_cm + V_гц (12) [15]

где V^зп_цр - объём чистого цементного раствора в затрубном пространстве, м³;

V_cm - объём цементного стакана, м³;

V_гц - объём гельцементного раствора в затрубном пространстве, м³;

Объём чистого цементного раствора в затрубном пространстве определяется по формуле:

V^зп_цр = π• ((г_с • К_к)² –r_ок²) • h_цр, (13)

где г_с - радиус скважины, м;

r_ок - радиус обсадной колонны, м;

К_к - коэффициент кавернозности, соответствующий интервалу цементирования;

h_цр- высота столба чистого цементного раствора за колонной, м;

 

Рисунок 4 Распределение тампонажной смеси

Объём гельцементного раствора в затрубном пространстве определяется по формуле:

V_гц = π/4 • (((Д_с • К_к)² - Д²) • h^с_цр+(Д_в²-Д²) •h^о_гц) (14)

где L - глубина скважины, м;

Д_в - внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны;

Д - наружный диметр обсадной колонны;

Д_с- диаметр скважины;

d_B -внутренний диаметр обсадной колонны;

h_бр - расстояние от устья до уровня тампонажной смеси в затрубном пространстве, м;

h_цр -высота столба цементного раствора, м;

h°_гц - высота столба гельцементного раствора в затрубном пространстве в обсаженном стволе;

h^с_гц - высота столба гельцементного раствора в затрубном пространстве в не обсаженном стволе;

h_cm - высота цементного стакана.

 

Рассчитываем объём цементного стакана по формуле:

 

V_CT = π/4 • d_B² • h_cm, (15)

где d_B - внутренний диаметр обсадной колонны, м;

h_cm - высота цементного стакана, м.

Расчитываем объем тампонажной смеси для каждой секции обсадной колонны:

Кондуктор

V^зп_цр = 3.14• ((0.197 • 1.4)² –0.162²) • 365=57.3м³

V_гц = 3.14/4 • (((0.394 • 1.4)² – 0.324²) • 310+(0.426²-0.324²) •50)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП. 21.02.02.К132Б.37.00.00. ПЗ

=51.4м³

V_CT = 3.14/4 • 0.324² • 25=2.06м³

V_mc = 57.3 + 2.06 + 51.4=110.76м³.

Промежуточная колонна

V^зп_цр = 3.14• ((0.147 • 1.3)² –0.122²) • 200=13.75м³

V_гц = 3.14/4 • (((0.295 • 1.3)² – 0.244²) • 975+(0.324²-0.244²) •150)=72.8м³

V_CT = 3.14/4 • 0. 244² • 25=4.8м³

V_mc = 13.75 + 4.8 + 72.8=91.35 м³

Эксплуатационная колонна

V^зп_цр = 3.14• ((0.108 • 1.2)² –0.084²) • 750=23.08м³

V_гц = 3.14/4 • (((0.216 • 1.2)² – 0.168²) • 10+(0.244²-0.168²) •150)=3.95м³

V_CT = 3.14/4 • 0. 168² • 25=0.55м³

V_mc = 23.08 + 0.55 + 3.95=27.58 м³

 

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП. 21.02.02.К132Б.37.00.00. ПЗ

2. Количество составных компонентов.

Расход цемента на 1 м³ раствора составит:

(16)

где m - водоцементное отношение (т = 0,5);

γ_цр - плотность цементного раствора, кг/м³;

Расход воды на 1 м³ раствора составит:

g’_в = m • g’_ц (17)

где m - водоцементное отношение (m = 0,5);

g’_ц - расход цемента на 1 м³ раствора, кг/м³;

Количество цемента, требуемое для приготовления всего объёма цементного раствора, определяется по формуле:

G’_ц = V_цр • g’_ц • К, (18)

где V_цр - объём тампонажного раствора, м³;

g’_ц - расход цемента на 1 м³ раствора, кг/м³;

К - коэффициент неизбежных потерь цемента при затворении, (К=1,05).

Количество воды, требуемое для приготовления цементного раствора определяется по формуле:

G’_в = m • G’ _ц, (19)

где m - водоцементное отношение;

G’_в- количество цемента необходимое для приготовления всего цементного раствора, кг.

Расход цемента на 1 м³ гельцементного раствора составит:

(20)

где М - водоцементное отношение;

Б - глиноцементное отношение;

γ_гц - плотность гельцементной смеси, кг/м³;

Расход воды на 1 м³ гельцементного раствора определяют по формуле:

g_в = М • g_ц (21)

где М - водоцементное отношение;

g’_ц - расход цемента на 1м³ раствора, кг/м;

Расход глинопорошка на 1 м³ раствора определяется по формуле:

g_н = Б • g_ц (22)

где Б - глиноцементное отношение;

g_ц - расход цемента на 1 м³ раствора, кг/м³.

Общее количество цемента для приготовления гельцементной смеси находится по формуле:

G_ц = V_гц • g_ц • К, (23)

где V_гц - объём гельцементного раствора, м³;

g_ц - расход цемента на 1 м³ раствора, кг/м³;

К - коэффициент неизбежных потерь цемента при затворении, (К = 1,05).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП. 21.02.02.К132Б.37.00.00. ПЗ

Количество воды, требуемое для приготовления гельцементного раствора, находится по формуле:

G_в = M • G_ц , (24)

где М - водоцементное отношение;

G_ц - количество цемента необходимое для приготовления гельцементного раствора, кг.

Количество наполнителя находим по формуле:

G_н = Б • G_ц, (25)

где Б - глиноцементное отношение;

G_ц - количество цемента необходимое для приготовления гельцементного раствора, кг.

На весь объём цементирования суммарное количество цемента составит

ΣG_ц = G’_ц + G_ц, (26)

где G_ц - количество цемента необходимого для приготовления чистого цементного раствора, кг;

G_ц - количество цемента необходимого для приготовления гельцементного раствора, кг.

Суммарное количество сухого порошка (цемента + наполнитель) находят по формуле:

ΣG = ΣG_ц + G_н, (27)

где ΣG_ц - общее количества цемента, кг;

G_н - количество наполнителя, кг.

Расчитываем требуемое количество компонентов для приготовления тампонажной смеси на каждую секцию обсадной колонны:

Кондуктор

g’_ц=1830/(1+0.5)=1220 кг/м³

g’_в =0.5*1220=610 кг/м³

G’_ц=(57.3+2.06)*1220*1.05=76040 кг

G’_в=0.5*76040=38020 кг

g_ц=1480/(1+1.6+0.5)=477 кг/м³

g_в =1.6*477=764 кг/м³

g_н =0.5*477=238.5 кг/м³

G_ц =51.4*477*1.05=25744 кг

G_в =1.6*25744=41190 кг

G_н=0.5*25744=12872 кг

ΣG_ц =76040+25744=101784 кг

ΣG=101784+12872=114656 кг

Промежуточная колонна

g’_ц=1900/(1+0.5)=1266 кг/м³

g’_в =0.5*1220=633 кг/м³

 

G’_ц=(25.12+4.8)*1266*1.05=39772 кг

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП. 21.02.02.К132Б.37.00.00. ПЗ

G’_в=0.5*39772=19886 кг

g_ц=1480/(1+1.6+0.5)=477 кг/м³

g_в =1.6*477=763 кг/м³

g_н =0.5*477=238.5 кг/м³

G_ц =72.8*477*1.05=36461 кг

G_в =1.6*36461=58337 кг

G_н=0.5*36461=18230 кг

ΣG_ц =39772+36461=76233 кг

ΣG=76233+18230=94463 кг

Эксплуатационная колонна

g’_ц=1900/(1+0.5)=1266 кг/м³

g’_в =0.5*1220=633 кг/м³

G’_ц=(23.08+0.55)*1266*1.05=31411 кг

G’_в=0.5*31411=15705.5 кг

g_ц=1400/(1+1.6+0.5)=451 кг/м³

g_в =1.6*451=721 кг/м³

g_н =0.5*451=255.5 кг/м³

G_ц =3.95*451*1.05=1870 кг

G_в =1.6*1870=2992 кг

G_н=0.5*1870=935 кг

ΣG_ц =31411+1870=33281 кг

ΣG=33281+935=34216 кг

Таблица 12 Количество составных компонентов

Компонент	Кондуктор, кг	Промежуточная колонна, кг	Эксплуатационная колонна, кг	Общее количество компонентов, кг
G’ц
G’в			15705.5	73611.5
Gц
Gв
Gн
ΣGц
ΣG

 

 

3.Объём продавочной жидкости определяется по формуле: (28)

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП. 21.02.02.К132Б.37.00.00. ПЗ

где d_i - внутренний диаметр i - ой секции обсадной колонны, м;

l_i - длинна i - ой секции обсадной колонны (без учёта высоты цементного стакана нижней секции), м;

К’ - коэффициент, учитывающий сжатие пузырьков воздуха в продавочной жидкости и деформацию обсадной колонны, (К’ = 1,03).

Расчитываем объем продавочной жидкости для скважины:

 

V_пж=(3.14*0.324²*725*1.03)/4+(3.14*0.244²*1900*1.03)/4+

+(3.14*0.168²*2660*1.03)/4=214 м³

 

4.Объём буферной жидкости

Практикой установлено, что минимальное необходимая высота столба буферной жидкости должна составлять ориентировочно 100 м на каждые 1000 м цементируемого интервала.

Минимальный объём буферной жидкости составляет:

V_бж^мин = π/4 • ((Д_с • К_к)² - Д²) • h_бж^мин, (29)

где Д_с-диаметр скважины, м;

Д - наружный диаметр обсадной колонны, м;

К_к - коэффициент кавернозности);

h_бж^мин- минимально необходимая высота столба буферной жидкости затрубном пространстве, м;

Во избежание выброса вследствие снижения гидростатического давления, так как γ_бр > γ_бжнеобходимо найти максимальное количество закачиваемой в скважину буферной жидкости из условия отсутствия выброса по формуле:

V_бж^макс = π /4• ((Д_с • К_к)²- Д²) • h_бж^макс, (30)

где Д_с - диаметр скважины, м;

Д - наружный диаметр обсадной колонны, м;

К_к - коэффициент ковернозности);

h_бж^макс -максимальная высота столба буферной жидкости в затрубном пространстве, м, определяется по формуле:

(31)

где L - глубина скважины, м;

Р_пл - пластовое давление, МПа;

 

γ_бр - плотность бурового раствора, кг/м³;

γ_бж - плотность буферной жидкости, кг/м³;

Номинальный объём буферной жидкости должен находиться в пределах между минимальным и максимальным значением

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ДП. 21.02.02.К132Б.37.00.00. ПЗ

V_бж^макс > V_бж > V_бж^мин, (32)

Расчитываем объем буферной жидкости для промежуточной и эксплуатационной колонн:

Промежуточная колонна

V_бж^мин = 3.14/4 • ((0.295 • 1.3)² – 0.244²) • 132.5=9.14 м³

h_бж^макс=(0.01*1900*1140-19)/0.01(1140-1000)=15457 м

V_бж^макс = 3.14/4 • ((0.295 • 1.3)² – 0.244²) • 15457=1066 м³

V_бж = 0,2• (91.35+91,8) = 36,6 м³

Так условие (21) выполняется, то принимаем объём буферной жидкости V_бж = 36,6 м³.

Эксплуатационная колонна

V_бж^мин = 3.14/4 • ((0.216 • 1.2)² – 0.168²) • 91=2.85 м³

h_бж^макс=(0.01*2660*1100-27.4)/0.01(1100-1000)=29232 м

V_бж^макс = 3.14/4 • ((0.216 • 1.2)² – 0.168²) • 29232=917.8 м³

V_бж = 0,2• (58.9+27) = 17.2 м³

Так условие (32) выполняется, то принимаем объём буферной жидкости V_бж = 17.2 м³.

 

Таблица 13 Параметры цементирования

Параметр	Объем, м3
Vзпцр (объём чистого цементного раствора в затрубном пространстве)	94.13
Vгц (объём гельцементного раствора в затрубном пространстве)	128.15
Vст (объём цементного стакана,)	0.55
Vmc (объём тампонажной смеси)	228.83
Vпж (объём продавочной жидкости)
Vбж (объём буферной жидкости)	53.8