2.7 Розрахунок цементування обсадних колон

Вихідні дані:

Глибина свердловини L=1700 м;

Діаметр експлуатаційної колони Д_к=140 мм;

Діаметр долота для буріння під експлуатаційну колону Д_д=215,9 мм;

Віддаль від устя свердловини до рівня цементного розчину h=0 м;

Пластовий тиск P_пл=16,67 МПа;

Тиск гідророзриву гірських порід P_г.г.п.=29,925 МПа;

Густина, г/см³:

-бурового розчину ρ_б.р.=1,1;

-рідини для опресування колони ρ_о=1,0;

-буферної рідини ρ_буф=1,0;

-тампонажного портланд цементу при цементуванні:

-першої ступені ρ_n1=3,1;

-другої ступені ρ_n2=3,1;

-цементного розчину при цементуванні:

-першої ступені ρ_ц1=1,85;

-другої ступені ρ_ц2=1,85;

Водоцементне відношення при цементуванні:

-першої ступені m₁=0,5;

-другої ступені m₂=0,5;

Зона експлуатаційного об’єкту L_ЕО=1510-1550 м;

Тип цементу ПЦТ-І-100;

Глибина встановлення МСЦ L_мсц=750м.

Розрахунок цементування першої ступені експлуатаційної колони

Для цементування нижньої ступені експлуатаційної колони використовуємо тампонажний портландцемент типу ПЦТ-І-100 (ГОСТ 1581-86) з нормальною густиною 3,1 г/см³ для якої об’ємна маса складає 1,21 г/см³.

Для розрахування цементування нижньої ступені експлуатаційної колони приймаємо розрахункову схему.

Оскільки обсадну колону цементуємо в інтервалі залягання продуктивного горизонту, то застосовуємо буферну рідину з низьким показником фільтрації, оброблену 1,0% КМЦ, яка характеризується густиною ρ_буф=1,0 г/см³.

Зміна внутрішнього діаметру проміжної та експлуатаційної колон приведено в таблиці 2.8.

Таблиця 2.9 – Зміна внутрішнього діаметру проміжної та експлуатаційної колон.

Назва колони	Зовнішній діаметр, мм	Товщина стінки,мм	Внутрішній діаметр, мм	Довжина секції, м
Проміжна колона	245	10	225	600
Експлуатаційна колона	140	10,5	119	1700

Об’єм буферної рідини приймаємо рівний об’єму затрубного простору свердловини в інтервалі залягання продуктивного горизонту, але не менше 150 м;

де К_р – коефіцієнт розширення стовбура за рахунок каверн

Визначаємо висоту стовпа бурового розчину в затрубному просторі:

Визначаємо необхідну кількість цементного розчину:

де

Приймаємо h_ст=20м;

Визначаємо необхідну кількість тампонажного цементу

Визначаємо об’єм води для затворення цементу:

Визначаємо об’єм притискувальної рідини:

Визначаємо подачу насосів ЦА виходячи з технологічної необхідної швидкості цементного розчину в затрубному просторі:

де V_cт – об’єм цементного стакану, м³.

Визначаємо максимальний тиск на цементувальній головці в кінці цементування:

де Р_р – максимально очікувана різниця гідростатичних тисків в трубному і затрубному просторах в кінці цементування, МПа.

При ρ_прот=ρ_б.р.

де ρ_прот=ρ_бр = 1100 кг/м³ – густина притискувальної рідини рівна густині бурового розчину.

Р_тр і Р_затр – тиски на подолання гідравлічних опорів в трубному і затрубному просторах, МПа.

Р_к=0,120+0,567+6,825=7,512 МПа

Максимально очікуваний тиск на вибої свердловини:

Для якісного цементування експлуатаційної колони приймаємо наступні умови:

У відповідності з подачею ЦА Q_ца=17,,7 л/с; тиском в кінці цементування Р_к=7,46 МПа, вибираємо тип ЦА.

Приймаємо ЦА – 320 М, технічна характеристика якого приведена в таблиці 2.9

Таблиця 2.10 – Технічна характеристика ЦА- 320 М.

Режим роботи	Передача	Діаметри втулок, 100 мм
		q,л/с	Р, МПа
На Qмах	II III IV V	3,0 5,8 9,0 13,5	30,5 15,8 10,26 6,9

Визначаємо кількість ЦА за умовою подачі розрахованій при Р_кр.

Згідно з таблицею 2.9, знаходимо, що при діаметрі втулок 100 мм ( на Q_мах) тиск і подача насосів рівна:

Р_v=10,26 МПа; q_v=9,0 л/с;

Приймаємо 3 ЦА з врахуванням запасного.

Визначаємо кількість ЦЗМ в залежності від маси сухого цементу і затареності бункера ЦЗМ.

де V_буф=14,5 м³ – об’єм бункера ЦЗМ

В кожному ЦЗМ буде затарено 18,26 м³ тон цементу.

Визначаємо кількість ЦА при закачуванні цементного розчину

Визначаємо кількість ЦА необхідних для закачування буферної рідини:

1

Так, як гідравлічний опір менший ніж тиск, що розвивається на V швидкості, що буферну рідину і цементний розчин можна закачувати на V швидкості.

Закачування 98% об’єму притискувальної рідини буде здійснюватись 3 ЦА при подачі q_v= 5,8 л/с, а 2% цього об’єму при подачі q_v=3,0 л/с.

Визначаємо тривалість цементування першої ступені:

Для цементування першої ступені експлуатаційної обсадної колони необхідно приймати тампонажний цементний розчин, який характеризується часом тужавіння:

Результати розрахунку першої ступені експлуатаційної обсадної колони приведені нижче:

-Об’єм:

-тампонажного цементного розчину 28,23 м³

-буферної рідини 4,33 м³

-води затворення 20,1 м³

-протискувальної рідини 10,54 м³

-Маса сухого тампонажного цементу 36,537 т

ЦА-320 М 4

СМН-20 2

СКЦ-2М 1

БМ-700 1

Час цементування 37

Розрахунок цементування другої ступені експлуатаційної колони

Приймаємо висоту підйому цементного розчину для другої ступені рівною:

Об’єм буферної рідини для другої ступені приймаємо рівний об’єму буферної рідини, який був прийнятий для першої ступені, тобто V_буф=4,33 м³.

Визначаємо необхідну кількість цементного розчину:

Визначаємо масу тампонажного цементу використовуючи формулу:

Визначаємо об’єм води для затворення тампонажного цементу використовуючи формулу:

Визначаємо об’єм притискувальної рідини:

Визначаємо подачу насосівЦА, виходячи із забезпечення швидкості вихідного бурового і тампонажних розчинів в свердловину і в момент закінчення протискування, коли проявляються найбільш небезпечні умови розриву порід, виходячи із формули:

Максимально очікуваний тиск на цементувальній головці у відповідності з прийнятою величиною скаладає:

Р_к=Р_р+Р_тр+Р_затр

Тоді Р_к=5,625+0,224+0,1054=5,9544 МПа

Згідно таблиці 2.9 при діаметрі втулок 100 мм тиск і подача насосів рівні:

Р_IV=10,26 МПа; q_IV=9,0 л/с;

За формулами визначаємо:

В кожному ЦЗМ буде затарено 12,16 тон цементу.

Визначаємо тривалість цементування другої ступені експлуатаційної обсадної колони:

Для цементування другої ступені експлуатаційної обсадної колони необхідно прийняти тампонажний розчиин, який характеризується часом тужавіння:

Результати розрахунку цементування другої ступені експлуатаційної обсадної колони приведені нижче:

-Об’єм:

-тампонажного цементного розчину 18,79 м³

-буферної рідини 4,33 м³

-води затворення 11,73 м³

-протискувальної рідини 8,5 м³

-Маса сухого тампонажного цементу 24,333 т

ЦА-320 М 4

СМН-20 2

СКЦ-2М 1

БМ-700 1

Час цементування 40

2.8. Вибір типорозмірів доліт і механізмів для їх обертання

В основу вибору доліт по типу і розміру покладені: конструкція свердловини, твердість і абразивні властивості порід, а також наявність досвіду буріння на даній площі.

Для буріння під кондуктор діаметром 324мм до глибини 100м, де залягають породи середньої твердості, передбачається 3-ох шарошкове долото ІІІ 393,7 М-ЦВ.

Спосіб буріння роторний.

Для буріння під проміжну колону діаметром 245мм в інтервалі 100-600м, де залягають породи середньої твердості, використовуємо 3-ох шарошкові долота ІІІ 295,3 СЗ-ГНУ.

Для буріння під експлуатаційну колону в інтервалі 600-1700м, де також за-лягають породи середньої твердості, використовуємо 3-ох шарошкове долото ІІІ 215,9 МС-ЦГАУ.

Результати вибору типорозмірів доліт по інтервалах приведений в табл. 2.11

Таблиця 2.11 – Типорозміри бурових доліт

Буріння під	Інтервал буріння		Спосіб буріння	Типорозмір доліт
	Від	До
Кондуктор	0	100	Роторний	ІІІ 393,7 М-ЦВ
Проміжна	100	600	Роторний	ІІІ 295,3 СЗ-ГНУ
Експлуатаційна	600	1700	Роторний	ІІІ 215,9 МС-ЦГАУ