Расчет одноступенчатого цементирования скважины

Раздел 2. Расчетная часть

Провести расчет одноступенчатого цементирования при следующих условиях: обсадная колонна диаметром 273 мм спущена на глубину Н=2000 м; диаметр скважины D_скв=320 мм; высота подъема цементного раствора за колонной Н_ц=1500 м; плотность бурового раствора ρ_р=1350 кг/м; плотность цементного раствора ρ_цр=1860кг/м3; упорное кольцо установлено на высоте 20 м от башмака колонны, т.е. высота цементного стакана h=20 м; объем цементного стакана V_ц.с= 1,04м3. Пластовое давление продуктивного горизонта p_пл=25 МПа; расстояние от продуктивного горизонта z_пл=1900 м.

Решение. Определяем высоту столба буферной жидкости по формуле

предварительно найдя коэффициент аномальности по формуле

В качестве буферной жидкости принимаем водный раствор солей NaCI плотностью 1080 кг/м³, тогда

Принимаем h_б=210 м.

Определяем высоту столба бурового раствора за колонной

Находим требуемый объем цементного раствора

где К₁ - коэффициент заполнения каверн К₁=1,15; d₁ - наружный диаметр обсадных труб; d₂ - внутренний диаметр обсадных труб

V_ц =0,8= 38,4 м³.

Требуемая масса сухого цемента

где m - водоцементное отношение; К₂ - коэффициент, учитывающий потери

m=0,5

Количество воды для приготовления расчетного объема цементного раствора

V_в=25м³

Требуемый объем продавочного раствора; приняв вместимость манифольда, V_м=0,9 м³

где Δ- коэффициент сжимаемости бурового раствора, Δ=1,04

Определяем максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное

кольцо

где Р₁ - давление, создаваемое за счет плотности жидкости в затрубном пространстве и в трубах, Р₂ - давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений, находится по формуле Шищенко-Бакланова

P₁ =0.01[290·1350 + 210·1080+1500·1860-(2000-20)·1350-20·1860] = 7,0 МПа,

P₂ = 0,001·2000 + 0,8 = 2.8Мпа

P_мах=7,0+2,8=9,8 МПа.

Принимаем v_в= 1,8 м/с(скорость восходящего потока) и находим требуемую подачу цементировочных агрегатов для обеспечения этой скорости:

Q = F₃v_в; где F₃ - площадь затрубного пространства, м²

Q=0,024·1,8=0,044 м³/с

Для цементировочного агрегата ЦА-320М производительность на 3 скорости Q₃=8,7 дм³/с при диаметре втулки 125 мм, а давление p₃=10,7 МПа, т.е. заданный режим (по давлению) обеспечится при использовании этого цементировочного агрегата.

Число требуемых цементировочных агрегатов

где Q₁ - производительность цементировочного агрегата на 1-й скорости (так как продавливание, как правило, начинается на максимально возможной скорости), дм /с.

Принимаем шесть агрегатов ЦА-320 М.

Находят необходимое число цементосмесительных машин

где ρ_н - насыпная масса цемента, т/м³; V_бун= 14,5 - вместимость бункера цементосмесительной машины 2СМН-20

Принимаем m_цсм= 3

Определяем число цементировочных агрегатов при закачке буферной жидкости объемом V₆ =0,8(0,32²-0.273²)·210 = 5.04м³.

Вместимость одного мерного бака ЦА-320М составляет 6,4 м³. Поэтому для закачки буферной жидкости принимаем один цементировочный агрегат (n₁=1).

Число цементировочных агрегатов при закачке цементного раствора n₂=2m=2·3=6.

Так как V_ц<V_пр, то гидравлические сопротивления будут меньше расчетных (р_мах=9,8 МПа).

Тогда для обеспечения производительности 44 дм³/с можно взять (Q₄=13,3 дм³/с. Суммарная производительность смесительных машин обеспечит полученную подачу агрегатов.

Предусматриваем закачивание 0,98 объема продавочного раствора с помощью n-1=6-1=5 агрегатов (ЦА-320М) при подаче Q₃=8,7 дм³/с. Оставшиеся 0,02 объема продавочного раствора будут закачиваться одним агрегатом при Q₃=8,7 дм³/с, что необходимо для ловли момента «стоп» - момента посадки верхней разделительной пробки на упорное кольцо.

Продолжительность цементирования

мин

Выбираем тампонажный цементный раствор для цементирования обсадной колонны, характеризующийся началом загустевания:

Принимаем тампонажный раствор на основе портландцемента по ГОСТ 1581-78 со следующими показателями: растекаемость (при водоцементном отношении m=0,5) 18 см; начало схватывания - не ранее 2 ч; конец схватывания - не позднее 10 ч.