Разработка вопросов совершенствования технологии безамбарного бурения на Шершнёвском месторождении

2.4.4.5. Гидравлический расчет цементирования эксплуатационной колонны II ступени. 

Гидростатическая  составляющая давления рассчитывается:

            -6

Рст =  10  g [ (ρцр1  (Нм – Нп) + ρцр2 · Нп - ρпр Нм];

            -6

Рст = 10  9,81 [ (1830  (1740 – 1507) + 1640 ·1507 - 1160· 1740]=9,89МПа

Гидродинамическая составляющая давления определяется:

Рдин = Ртр + Ркп + Роб

Потери давления в трубах складываются из потерь давления в интервале продавочной жидкости от муфты до устья:

Ртр = 8,26 λтр · ρ пр LмQ²    ;

                            Dв эк

Ртр = 8,26· 0,025 · 1,16 ·1740 · 39² = 0,0413 МПа

                             15,34

                  

Потери давления в кольцевом пространстве складываются из потерь давлений в интервале цементного раствора нормальной плотности и в интервале облегченного цементного раствора (в обсаженной и необсаженной частях ствола скважины):

         

Ркп1 = 8,26 λкп · ρ цр2 (Lм – Lн)Q²    ;

             (Dс – Dн эк)³ (Dс + Dн эк)² 

Ркп1 = 8,26· 0,035· 1,83 (1740 – 1507)39²    = 0,81 МПа

             (1,1 · 21,59 – 16,8)³ (1,1 · 21,59 + 16,8)² 

Ркп2 = 8,26 λкп · ρ цр1 (Lп – Lтк)Q² ;

             (Dс – Dн эк)³ (Dс + Dн эк)² 

Ркп2 =       8,26 · 0,035 · 1,64 (1507 – 700)39²     = 0,36 МПа

             (1,1 · 21,59 – 16,8)³ (1,1 · 21,59 + 16,8)² 
 

Ркп3 =    8,26 λкп · ρ цр1 · Lтк  · Q²    ;

             (Dв тк – Dн эк)³ (Dв тк + Dн эк)² 

Ркп3 =    8,26 0,035· 1,64 · 700  · 39²    = 1,21 МПа;

             (22,72 – 16,8)³ (22,72 + 16,8)²

Суммарные потери давления в кольцевом пространстве:

Ркп = Ркп1 + Ркп2 + Ркп3;

Ркп = 0,81 +0,36+1,21 = 2,38 МПа

Потери давления в наземной обвязке составляют 0,75 МПа

Гидродинамическая составляющая давления составит:

Рдин =0,041+2,38+0,75 = 3,17 МПа 
 

Максимальное  давление, которое будет на устье  в конце продавки цементного раствора в затрубное пространство

Рmax = 9,89+3,17 = 13,06 МПа

По расчетному максимальному давлению в конце  цементирования выбираем тип цементировочных агрегатов, а также режим их работы.

Для цементирования II ступени эксплуатационной колонны следует использовать цементировочный агрегат такого же типа как и для цементирования I ступени эксплуатационной колонны, т.е. цементирововчный агрегат ЦА-320 с диаметром втулок 100 мин, IV скорость, подача 9,0 л/с, давление 9 МПа.

Количество цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора определяется следующим образом:

nца = 39  = 4,33 → 4 цементировочных агрегата

           9

Vк = 0,785 · 0,153² · 1740 = 26,40 м³

Vцр = Vцр1 + Vцр2;

Vцр = 23,0 + 13,36 = 36,36 м³

Так как Vцр > Vк, то количество цементосмесительных машин выбираем с учетом двух условий:

размещение расчетного количества тампонажного материала  в бункерах машин:

nсм = 36,36  = 1,81  → 2 цементосмесительные машины

          20

обеспечение необходимого режима работы цементировочных агрегатов при закачке цементного раствора в колонну:

nсм = 9,0 · 4  = 1.7  → 2 цементосмесительные машины

            17

Из условия  рациональной обвязки цементировочной  техники при приготовлении и закачке тампонажного раствора используем два цементировочных агрегата и три цементосмесительные машины. Цементировочный агрегат будет работать на IV скорости при подаче 9 л/с. Выбираем цементосмесительную машину типа 2СМН-20. q=20 л/с. В продавке цементного раствора будут участвовать четыре цементировочных агрегата на IV скорости. Для плавной посадки пробки на муфту предусматривают дополнительный цементировочный агрегат в режиме работы на II скорости. 

2.4.4.6. Расчет времени процесса цементирования II ступени

При закачке  всего объема цементного раствора используется одна скорость работы цементировочного агрегата, поэтому время закачки определится так:

Т3 = Vцр · 10³  ;

            nца · qца · 60 

Т3 = 49,74 · 10³  = 38,05 мин

            2 · 9 · 60

Продавку цементного раствора в затрубное пространство начинаем на той же скорости, на которой вели закачку. Затем, по мере подъема цементного раствора в затрубном пространстве, возникает необходимость переключения на пониженные скорости.

Глубину уровня продавочной жидкости, на которую  ее можно закачать при работе агрегатов на 4 скорости определяем из выражения:

l4 = Fкп · L +          10    · Fкп (Рца – Рдин)  +     L  · Fтр - Vцр

       Fтр + Fкп          g(Fтр + Fкп) (ρцр – ρр)         Fтр + Fкпср 

                                       6                             

l4 = 0,027 · 1740 +     10 ·0,027(8 –5,97)                  +  1740  · 0,014 –49,74 = 971м

         0,014+0,027     9,81(0,014+0,027)(1680 –  1160)           0,014 + 0,027 

Объем продавочной  жидкости, закаченной на IV скорости составит:

Vпр = Fтр  · l4  ;

Vпр = 0,014  · 971  = 13,6 м³

Время работы цементировочных  агрегатов на IV скорости при продавке цементного раствора:

   

tпр =    Vпр · 10   ;

            nца · qца · 60 

tпр =    13,6 · 10   = 12,73 мин

            4 · 9 · 60

                                      

Последние 1,0м³ продавочной жидкости закачиваем цеметировочным агрегатом на II скорости с подачей 2,9 л/с.

Время посадки  пробки будет:

tстоп =  1,0 · 10³  =  5,7 мин

              2,9 · 60

Общее время  продавки цементного раствора составит:

Тпр = 12,3+5,7 = 18 мин

Длительность  процесса цементирования второй ступени  эксплуатационной колонны составит:

Тц = 38,05+18+15 = 71мин

Общее время  цементирования должно отвечать условию:

Тц ≤ 0,75 Тнз

71 ≤ 0,75 ·120

71 < 90 (мин)

Данное условие выполняется. 

2.5. Расчет цементирования  технической колонны.

Произведен  аналогично расчету цементирования эксплуатационной колонны.

    Результаты расчета сведены в таблицы 2.5.1 ; 2.5.2. 

2.5.1. Расчет  расхода материалов

     Таблица 2.5.1.

 
 
 
 

 
2.5.2. Гидравлический  расчет цементирования. Таблица  2.5.2.

 
 

2.6. Расчет цементирования кондуктора

2.6.1. Расчет  расхода материалов.                                          Таблица 2.6.1.

2.6.2. Гидравлический  расчет цементирования кондуктора.