5.7. Разобщение пластов

Примем двухступенчатый способ цементирования с использованием равнопроходной муфты ступенчатого цементирования МСЦ – Б азнакаевского производства.

Выберем место установки муфты, исходя из требований:

а) не допустить гидроразрыв пород ниже муфты, а также выше неё;

б) муфта устанавливается напротив прочных пород;

в) максимально сохранить коллекторские свойства продуктивных пластов.

Серпухово-Окский надгоризонт сложен твёрдыми устойчивыми породами (кровля –755 м; подошва – 1033 м; давление гидроразрыва у подошвы – 18,5 МПа). Установим муфту на глубине 1010 м.

1) Рассчитаем первую ступень цементирования.

Вычислим объём тампонажного раствора, необходимый для цементирования первой ступени:

Vцр=v*(1697–1010)*Кк+Нс*(П/4)*Dв²=0,0179*710*1,1+0,168*10=15,5м.куб.,

(5.1)

где v – объём одного погонного метра заколонного пространства за обсадной трубой диаметром 168 мм (v =0,0179 м. куб/м).

Кк – коэффициент резерва (1,1);

Нс – высота цементного стакана.

Так как температура продуктивного пласта равна 41 град. С, а значит температура в скважине не превышает 50 град. С, то при цементировании применяем цементы для холодных скважин /9/.

Для приготовления 1 куб.м. цементного раствора необходимое количество цемента определяется по формуле:

q1ц = ρц* ρв/( ρв + m* ρц), (5.2)

где ρц – плотность выбранного цемента, кг/м.куб.;

m – водоцементное отношение.

q1ц = 3150*1000/(1000 + 0,5*3150) = 1223 кг

Определим плотность цементного раствора :

qц = q1ц*(1 + m) = 1223*(1+0,5) = 1835 кг/м.куб

Уточним плотность цементного раствора. Во избежание разрыва пород при цементировании и поглощения цементного раствора, а также с целью лучшего вытеснения необходимо соблюдать следующее условие:

ρпж + 200< qц < Рвп , (5.3)

где ρвп – верхний допустимый предел плотности цементного раствора, кг/м.куб.

Давление гидроразрыва наиболее слабого, в интервале от забоя до муфты, бобриковского горизонта Рг/р = 17,4 МПа, глубина залегания подошвы – 1243 м. Рассчитаем верхний предел плотности – средний для жидкостей, которые окажутся в конце цементирования над слабым горизонтом :

Рвп (ср) = Рг/р/Кб/(zп*g) = 17,4*10⁶/ Кб /(1243*9,8) = 1397 кг/м.куб (5.4)

т.е.:

(ρпж*Нпж + ρбж * Нбж + Ртр * Нтр)/1243 = 1397 кг/м.куб , (5.5)

где Нпж – высота промывочной жидкости в заколонном пространстве выше слабого пласта, м;

Нбж – высота буферной жидкости в заколонном пространстве;

Нтр – высота тампонажного раствора в заколонном пространстве выше слабого пласта.

Ртр(в.п) = (1397*1243 – 1120*(1243 – (1243 – 1010) – 56) – 1300*56)/(1243 –1010) = 6538 кг/м.куб.

Проверим нижний пласт (Рг/р=29,3 МПа; zп=1825 м.)

Рвп (ср) = 29,3*10⁶/1,05/(1697*9,8) = 1559 кг/м.куб.

Ртр(в.п)=(1559*1697–1120*(1697–(1697–1010)–56)–1300*56)/(1697–1010)= 2292 кг/м.куб.

Итак:

1120 + 200< qц < 2292

Исходя из условия, примем плотность цементного раствора равной 1750 кг/м. куб. – наиболее часто используемый раствор в Альметьевском УБР.

ρср = (1750*675 + 1300*56 + 1094*1120)/1697 = 1358,5 кг/м. куб.

Уточним количество цемента необходимого для приготовления 1 м.куб. цементного раствора:

q1ц = 1750/(1+0,5) = 1167 кг

Определим общую массу цемента Gц:

Gц = Кц * q1ц * Vцр , (5.6)

где Кц – коэффициент, учитывающий потери цемента при загрузке

Gц = 1,04*1167*15,5 = 18,8 т.

Определим число цементосмесительных машин nсм:

nсм = Gц /qцсм , (5.7)

где qцсм - грузоподъёмность одной цементосмесительной машины, кг.

nсм = 18800/17400 = 1,02

Принимаем 2 машины.

Определим общий объём воды для приготовления цементного раствора Vв:

Vв = Gц * m * Кв /1000, (5.8)

где Кв - коэффициент, учитывающий потери воды.

Vв = 18800*0,5*1,04/1000 = 9,8 м. куб.

Определим объём продавочной жидкости Vж:

Vж = 1,05*( Vк – Vс), (5.9)

где Vс – объём цементного стакана, м. куб.

Vк – внутренний объём колонны:

Vк = ((П*(Dн –2*бc1)²)/4)*Lс1 + ((П*(Dн –2*бc2)²)/4)*Lс2 , (5.10)

где бc1, бc2 – толщины стенок первой и второй секций эксплуатационной колонны соответственно;

Lс1, Lс2 – длины секций

Vк = ((3,14*(0,168 – 2*0,0073)²)/4)*1697= 34,35 м. куб.

Vж = 1,05*(34,35 – 0,17) = 35,9 м. куб.

Определим максимальное давление в конце продавки Рmax:

Рmax = Р1 *Рm *Рк , (5.11)

где Р1 – давление, необходимое для преодоления сопротивления, обусловленного разными плотностями жидкости в трубах и кольцевом пространстве, Па;

Рm – давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений в трубах, Па;

Рк – давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве, Па.

Р1 = (ρц*(Нм – Нс) –ρпр*( zскв – Нс) + ρбж * Нбж + ρпж * Нпж )*g , (5.12)

где Нм – высота муфты над забоем.

Р1 = (1750*(675–10)–1000*(1697–10) +1300*56 + 1120*1094)*9,8 = 0,65 МПа

Скорость движения жидкости в кольцевом пространстве во избежание гидроразрыва слабой породы Wк.п.(в.п.) определяется по формуле:

Wк.п.(в.п.) = (2*( Dд – Dн)*(( Рг/р/Кб) – ρср * g * zп )/ ρср *Л*Lп)^0,5, (5.13)

где Л – коэффициент гидравлического сопротивления.

Wк.п.(в.п.)=(2*(0,21590,168)*((29,3*10⁶/1,05)–1358,5*9,8*1697)/(1358*

0,035*1886))^0,5 = 6,4

Принимаем Wк.п. равной 1,2 м/с.

Найдём расход жидкости Q:

Q= Wк.п.*(П*( Dд²– Dн²)/4) = 1,2*(3,14*(0,2159² – 0,168²)/4) = 0,0172 м. куб./с

Рm = 8,26*Л*Рср* Q²*L/Dв.ср.² , (5.14)

где Dв.ср. – средний внутренний диаметр колонны, м.

Dв.ср. = sum(Li*Dвi)/L = 0,160 м.

(5.15)

Рm = 8,26*0,035*1358,5*0,0172²*1886/0,160² = 0,0095 МПа

Рк = 8,26*Л* Рср*sum Q²*Li/(( Di – Dн)³/(Di + Dн)²) (5.15)

Рк=8,26*0,035*1358,5*0,0172²*1886/((0,2159–0,168)³*(0,2159+0,168)²)=2,3

МПа

Рmax = 0,65+0,0095+2,3 = 3 МПа

Определим необходимую мощность для закачки цементного раствора Nца:

Nца = Рmax* Q = 3*10⁶*0,0172 = 51,6 кВт (5.16)

Определим число цементировочных агрегатов nца:

а) по мощности:

nца = Nца/ Nа = 51600/77000 = 0,67, (5.17)

где Nа – мощность одного цементировочного агрегата ЦА – 320 М, Вт.

б) по производительности:

nца = Q/qа = 0,0172/0,0086 = 2 (5.18)

принимаем 2 агрегата ЦА – 320 М;

Определим время закачивания цементного раствора в скважину:

tзц = Vцр /q4 = 15,5/0,0086 = 0,5 ч , (5.19)

где q4 – производительность агрегата на 4 скорости, м.куб./с.

Определим время на продавку цементного раствора tпр:

tпр = Vцр/(Wк.п.*v) =15,5/(1,2*0,0179) = 0,2 ч (5.20)

Определим общее время цементирования первой ступени:

tц1 = tзц + tпр = 0,5 + 0,2 = 0,7 ч (5.21)

Срок начала схватывания тампонажного раствора – 3 часа, поэтому процесс цементирования первой ступени пройдёт нормально.

2) Рассчитаем вторую ступень цементирования аналогично первой ступени:

Vцр=v*1150*Кк+Нс*(П/4)*Dв²=0,0179*1150*1,1+0,1534*10=24,2 м.куб.

Уточним плотность цементного раствора во избежание разрыва пород при цементировании и поглощения цементного раствора. Наиболее слабый пласт в интервале выше муфты находится на глубине 584 м. Для этого пласта Рг/р/ Рв = 1,76. Отсюда можно выбрать плотность цементного раствора:

Рц.р. = 1,76*1000 /1,05= 1670 кг/м. куб.

Уточним количество цемента необходимого для приготовления 1 м.куб. цементного раствора:

q1ц = 1670/(1+0,5) = 1113 кг

Определим общую массу цемента Gц:

Gц = 1,04*1113*24,2 = 28 т.

Определим число цементосмесительных машин nсм:

nсм = 28000/17400 = 1,61

Принимаем 2 машины.

Vв = 28000*0,5*1,04/1000 = 14,56 м. куб.

Определим объём продавочной жидкости Vж:

Vж = 1,05*( Vк – Vс) = 1,05*(21,24 – 0,18) = 22,1 м. куб.

Vк = (3,14*(0,168 – 2*0,0073)²/4)*1150 = 21,24 м. куб.

Vс = (3,14*(0,168 – 2*0,0073)²/4)*10 = 0,18 м.куб.

Определим максимальное давление в конце продавки Рm

Р1 = (1670*(1150 – 10) – 1000*(1150 – 10))*9,8 = 7,5 МПа

Wк.п.(в.п.) = (2*(0,2159 – 0,168)*((17,6*10⁶/1,05) – 1670*9,8*584)/(1670* 0,035*596))^0,5 = 4,45 м/с.

Принимаем Wк.п. равной 1,5 м/с.

Найдём расход жидкости Q:

Q = Wк.п. * (П*( Dд²– Dн²)/4) = 1,2*(3,14*(0,2159² – 0,168²)/4) = 0,022 м. куб./с

Рm = 8,26*0,035*1670*0,022²*1150/0,1534² = 0,011 МПа

Рк=8,26*0,035*1670*0,022²*1150/((0,2159–0,168)³*(0,2159+0,168)²)=5,07 МПа

Рmax = 7,5+0,007+ = 12,6 МПа

Определим необходимую мощность для закачки цементного раствора Nца:

Nца = Рmax* Q = 12,6*10⁶*0,0172 = 216,7 кВт

Определим число цементировочных агрегатов nца:

а) по мощности:

nца = Nца/ Nа = 216700/77000 = 2,81

Берём три агрегата

б) по производительности:

nца = Q/qа = 0,022/0,0086 = 2,56

Определим время закачивания цементного раствора в скважину:

tзц = Vцр /q4 = 24,2/0,0086 = 0,78 ч,

где q4 – производительность агрегата на 4 скорости, м.куб./с.

Определим время на продавку цементного раствора tпр:

tпр = Vцр/(Wк.п.*v) =24,2/(1,5*0,0179) = 0,25 ч

Определим общее время цементирования первой ступени:

tц1 = tзц + tпр = 0,78 + 0,25 = 1,08 ч

Срок начала схватывания тампонажного раствора – 3 часа, поэтому процесс цементирования второй ступени пройдёт нормально.