ЭКСПЛУАТАЦИЯ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ. Расчет одноступенчатого способа цементирования

Практическая работа № 1

Расчет одноступенчатого способа цементирования

Обсадной колонны

Цель работы

Определить потребное количество материалов для цементирования обсадной колонны, цементировочной техники и время цементирования.

Общие сведения

Цель расчета – определить требуемое количество материалов для цементирования обсадной колонны, цементировочной техники и время цементирования.

3

2

1

Рисунок 1. Схематический профиль скважины

На рисунке 1 изображен схематический профиль скважины и указаны следующие величины, необходимые для дальнейших расчетов:

– глубина скважины, м;

– высота подъема цементного раствора за колонной, м;

– высота цементного стакана в колонне, м, = 10÷20 м;

– диаметр скважины по долоту, м;

– наружный диаметр обсадной колонны, м;

– внутренний диаметр обсадной колонны, м;

1 – цементный раствор, 2 – продавочная жидкость, 3 – промывочная жидкость.

Тип цемента выбирается по ГОСТ 1581-75 в зависимости от температуры скважины:

, º С (1)

где 3 ^о С /100 м – геотермический градиент.

Время схватывания принятого типа цемента определяется в лабораториях.

Объем цементного раствора , необходимый для цементирования скважины, определяется по формуле:

, м ³ (2)

где: – коэффициент, учитывающий потери цементного раствора в процессе его приготовления, = 1,01 ÷ 1,05;

– коэффициент кавернозности, = 1,01 ÷ 1,05.

Количество сухого цемента , необходимого для приготовления цементного раствора, определяется по формуле:

, кг (3)

где – количество сухого цемента, необходимое для приготовления 1 м ³ цементного раствора, равно

, кг/м ³ (4)

здесь – плотность сухого цемента (из практики = 3,15 т / м ³), кг / м ³;

– плотность воды ( = 1 т / м ³ ), кг/м ³;

– водоцементное отношение, = 0,5.

Количество воды , необходимое для приготовления цементного раствора, равно:

, кг. (5)

Объем продавочной жидкости для цементирования определяется по формуле:

, м ³ (6)

где – коэффициент, учитывающий сжатие продавочной жидкости при увеличении давления, = 1,03 ÷ 1,05.

Определяется максимальное давление на устье в процессе цементирования:

, Па (7)

где – гидростатическое давление, Па;

– плотность цементного раствора ( = 1760 кг / м ³), кг / м ³;

– плотность промывочной жидкости, кг / м ³;

По максимальному устьевому давлению выбирается тип цементировочного агрегата:

для ЦА – 320М = 32 ΜПа,

для 3ЦА – 400 = 40 ΜПа,

при этом должно выполняться условие:

.

Количество цементировочных агрегатов определяется по формуле:

, (8)

где: – скорость восходящего потока наибольшего количества цементного раствора в затрубном пространстве, = 1,5 ÷ 2,0 м / с;

– максимальная производительность цементировочного агрегата:

у ЦА – 320М = 5,2 · 10^-3 м ³/ с;

у 3ЦА – 400 = 6,6 · 10^-3 м ³/ с.

Определяется время закачки цементного раствора в колонну:

, ч (9)

где ,

здесь – максимальная производительность цементировочного агрегата:

у ЦА – 320 М = 11,9 · 10^-3 м ³/ с,

у 3ЦА – 400 = 19,5 · 10^-3 м ³/ с;

– производительность цементировочного агрегата на предыдущей скорости:

у ЦА – 320 М = 7,9 · 10^-3 м ³/ с,

у 3ЦА – 400 = 14,1 · 10^-3 м ³/ с.

Определяется время продавки цементного раствора за колонну:

+ , ч (10)

где – средняя производительность цементировочного агрегата при продавке, равная

, м ³/ с (11)

здесь – производительность 1 ЦА на 1 скорости:

у ЦА – 320М = 2,9 · 10^-3 м ³/ с,

у 3ЦА – 400 = 6,6 · 10^-3 м ³/ с;

– производительность 1 ЦА на 2 скорости:

у ЦА – 320М = 5,2 · 10^-3 м ³/ с,

у 3ЦА – 400 = 9,5 · 10^-3 м ³/ с;

Общее время цементирования равно:

(12)

Необходимое условие цементирования:

(13)

В случае невыполнения неравенства увеличивается количество цементировочных агрегатов.

Пример.

По скважине известно:

глубина скважины =1200 м;

высота цементного стакана в колонне =10 м;

диаметр скважины по долоту = 215,9 мм;

наружный диаметр обсадной колонны = 168 мм;

внутренний диаметр обсадной колонны = 154 мм;

скорость восходящего потока наибольшего количества цементного раствора в затрубном пространстве = 1,5 м / с;

время схватывания цемента =3 ч;

коэффициент кавернозности, = 1,05;

коэффициент, учитывающий потери цементного раствора в процессе его приготовления = 1,05;

коэффициент, учитывающий сжатие продавочной жидкости при увеличении давления = 1,05.

Высота подъема цементного раствора за колонной равна глубине скважины. В качестве промывочной жидкости используется вода.

Определить требуемое количество материалов для цементирования обсадной колонны, количество цементировочных агрегатов и время цементирования.

Решение.

1. Вычислим объем цементного раствора, необходимый для цементирования скважины:

2.Количество сухого цемента, необходимого для приготовления цементного раствора, равно:

.

3. Количество воды, необходимое для приготовления цементного раствора, равно:

.

4. Объем продавочной жидкости для цементирования определим по формуле:

м ³.

5. Количество цементировочных агрегатов рассчитывается по формуле:

,

для этого необходимо определить максимальное устьевое давление

и выбрать тип цементировочного агрегата так, чтобы выполнялось условие . У ЦА – 320М = 32 ΜПа и у 3ЦА – 400 М = 40 ΜПа (удовлетворяют условию), поэтому проведем расчет в двух случаях:

а) при выборе ЦА – 320М, тогда = 5,2 · 10^-3 м ³/ с, а, следовательно,

;

б) при выборе 3ЦА – 400М, тогда = 6,6 · 10^-3 м ³/ с, а, следовательно,

.

Таким образом, необходимо использовать либо два цементировочных агрегата ЦА – 320 М, либо один цементировочный агрегат 3ЦА – 400М.

6. Время закачки цементного раствора в колонну равно:

а)

б)

7. Время продавки цементного раствора за колонну равно:

а)

б)

8. Общее время цементирования:

а)

б)

9. Необходимое условие цементирования:

,

выполняется в обоих случаях:

а) ;

б) .

Поэтому достаточно использовать либо два цементировочных агрегата ЦА – 320 М, либо один цементировочный агрегат 3ЦА – 400М.

Задание.

Определить требуемое количество материалов для цементирования обсадной колонны, количество цементировочных агрегатов и время цементирования.

Высота подъема цементного раствора за колонной равна глубине скважины.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: