Расчет обсадных колонн

4. Обоснование режима спуска ОК

Предельная скорость спуска обсадной колонны определяется из соотношения

Рс = Ргст +Ргд  Ргр

где: Ргст - гидростатическое давление столба промывочной жидкости на глубине наиболее слабого пласта (пласта с наименьшим индексом давления начала поглощения или гидроразрыва);

Ргд - гидродинамическое давление в скважине при спуске колонны труб с закрытым нижним концом;

Ргр - давление начала поглощения (гидроразрыва) наиболее слабого пласта.

Гидродинамическое давление при спуске находится при турбулентном течении вытесняемой жидкости по формуле

,

при ламинарном течении по формуле :

Ргд=

где - соответственно длина и гидравлический диаметр кольцевого пространства на - том участке; - скорость течения жидкости на - том участке; n – количество участков кольцевого пространства различного размера от устья до наиболее слабого пласта, 0 - динамическое напряжение сдвига,  - коэффициент гидравлических сопротивлений.

Коэффициент является функцией параметра Сен-Венана - Илюшина

,

где β=(0,236+0,033Sen)/(1+0,036Sen)

Наиболее слабый пласт кг=кгmin=0.0173 МПа/м под башмаком технической колонны.

Зададимся скоростью спуска U=0.5 м/с, тогда скорость движения вытесняемой жидкости Uж будет равна:

Uжi= U·(),

Где Dc,Dт – соответственно диаметр трубы и наружный диаметр обсадных труб,К – коэффициент, учитывающий увлечение части жидкости стенками колонны труб. Для практических расчетов можно принять К=0.5.

Пусть режим течения вытесняемой жидкости в интервале установки технической колонны будет ламинарный, тогда:

Uжi=0.5()=0.67 м/с.

Критическая скорость течения жидкости при смене режимов определяется по следующей формуле:

Uкр=25,

При плотности промывочной жидкости 1150 кг/м3 и

τ0=8.5·10-3·ρпр.ж.-7=2.8 Па, критическая скорость составит:

Uкр=25=25=1.23 м/с,

Так как Uж<Uкр, то режим течения ламинарный.

Тогда:

==18.35, тогда β=0.51.

Гидродинамические давления на данном участке составят:

Ргд==0.85 МПа.

Результаты аналогичных расчетов для различных скоростей спуска эксплуатационной колонны приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Зависимость гидродинамических давлений от скорости спуска.

Гидростатическое давление на глубине 2700 м составит:

Ргст=ρж·g·L=1150·9.8·2700=30,4 МПа.

Давление гидроразрыва на глубине 2700 м:

gradРгр·Н=0.0173·2700=46,7 МПа.

Тогда: Ргд<Ргр-Рс , Ргд<16,3 МПа.

Допустимая скорость спуска эксплуатационной колонны 5,7 м/с.

Рисунок 6. Зависимость гидродинамических давлений от скорости спуска обсадной колонны.

5. Обоснование способа цементирования, параметров и вида тампонажных материалов

Исходные данные для расчёта цементирования эксплуатационной колонны.

Таблица 5.1.

Для качественного крепления обсадной колонны выбираем портландцемент ПЦТ-100, процесс цементирования производится в одну ступень.

Определяем водоцементное отношение для облегченного цементного раствора и для цементного раствора по формуле:

;

где ц = 3000 кг/м3 - плотность цемента;

- для облегченного цементного раствора:

- для цементного раствора:

Найдем необходимый объем:

- облегченного цементного раствора:

Vо.ц.р.=

Vо.ц.р.= м3;

- цементного раствора:

Vц.р.=

Vц.р.= м3;

- продавочной жидкости:

=(-+0,5) =(0.0134·2819-0,5+0,5)1,05=38,

S=(0.1461-2·0.0077)2=0.0134

- буферной жидкости:

Объем буферной жидкости должен быть таким, чтобы высота столба его в межколонном пространстве составляла 200-500 м.

==4 м3

Объем воды для приготовления:

Vв=,

где кц –коэффициент запаса тампонажного материала

- для цементного раствора:

кг;

Vв= м3;

- для облегченного цементного раствора:

кг;

Vв= м3;

Определим необходимое количество смесительных машин

,

где - насыпная плотность цемента;               - вместимость одного бункера смесительной машины.

Количество машин для цементного раствора:

Количество машин для облегчённого цемента:

Общее число смесительных машин и цементировочных агрегатов:

nсм=2+3=5 -количество цементно-смесительных машин

nца=1∙nсм+1рез+1вод+1цг=1∙5+1+1+1=8- количество ЦА

Рисунок 7. Схема обвязки агрегатов при цементировании.

1- цементно-смесительная машина 2СМН-20; 2- цементировочный агрегат ЦА-320М; 3- блок- манифольда БМ-700; 4- станция контроля цементирования СКЦ-2М; 5- цементировочная головка; 6- ЦА для подачи воды; 7- ЦА для начала продавки.

Определим производительность одного смесителя.

где qж=7л/с производительность водяного насоса агрегата ЦА-320.

, для цементного раствора.

, для цементного раствора.

, для облегчённого цементного раствора.

, для облегчённого цементного раствора.

Определим необходимое количество цементировочных агрегатов(ЦА-320М) для закачки цементного раствора.

При цементировании эксплуатационной колонны закачку буферной жидкости осуществляет один агрегат на 4-ой скорости, готовящийся в последствии закачивать нормальный цементный раствор .

Закачку облегченного цементного раствора осуществляем тремя агрегатами на 3-й скорости.

Закачку цементного раствора ведет два агрегата на 4-ой скорости.

Продавочную жидкость начинаем закачивать одним агрегатом(пробочным) на 1-й скорости, затем его отключают и готовят для заканчивания продавки, а вместо него включают 3 имеющихся агрегата на 4-й скорости. Заканчивают продавку пробочным агрегатом на 1-й скорости для определения момента «стоп».

Участие ЦА в процессе цементирования показано на рисунке 8.

Определим продолжительность закачки агрегатом ЦА-320М

Определяется планируемое время цементирования:

сек,

1скорость-Q=2,3л/с

2скорость-Q=4,3л/с

3скорость-Q=8,1л/с

4скорость-Q=14,5л/с

Для закачки используется агрегат ЦА-320М 125:

мин;

мин; мин;мин;

t=tзак+(10÷15)=4.5+7.75+29.4+35.1+(10÷15)=80 мин. - время цем-ния.

Рисунок 8. Участие цементировочных агрегатов в цементировании эксплуатационной колонны.

Следует учесть, что при больших скоростях закачки тампонажного раствора при параллельной работе смесительных машин давление на цементировочной головке может превысить допустимое давление цементировочных агрегатов из-за чрезмерного роста гидравлических сопротивлений внутри обсадной колонны и кольцевом пространстве.

Расчет процесса закачки выполнен на ЭВМ и прилагается к курсовому проекту.

6. Обоснование способа контроля качества цементирования

Для определения глубины кровли тампонажного камня и наличия плотного контакта между камнем, обсадной колонной и стенками скважины широко применяется способ акустической цементометрии (АКЦ). При акустической цементометрии измеряют амплитуды звуковых волн, распространяющихся от спущенного в скважину источника по обсадной колонне и по горным породам, в разных точках по глубине. Амплитуда колебаний, распространяющихся по колонне, окруженной промывочной жидкостью, значительно больше амплитуды на том участке, где она плотно прижата к камню, а амплитуда сигнала, прошедшего по горным породам, тем больше, чем плотнее контакты между колонной, камнем и стенками скважины.