Разработка вопросов совершенствования технологии безамбарного бурения на Шершнёвском месторождении

       Далее рассчитывают долота.

       Диаметр эксплуатационной колонны задает заказчик (в зависимости от дебита, спускаемого в него оборудования и т.д.).

       Диаметр эксплуатационной колонны заданный заказчиком D=168 мм, диаметр муфты d_м= 166 мм.

D_c(д)^э = 166+2*25=216 мм.     по ГОСТу - 215.9 мм.

   Внутренний  диаметр технической колонны.

D_вн^п.к. = 215.9+10=225.9 мм.

   Наружный  диаметр технической колонны.

D_н^п.к =225.9+2* 10=245.9 мм.   по ГОСТу - 245мм.

   Диаметр муфты 270 мм.

   Диаметр долота под техническую колонну.

D_д=270+2* 15=300 мм.     по ГОСТу - 295.3мм.

   Внутренний  диаметр кондуктора.

D_внⁿ =295.3+10=305.3мм.

   Наружный  диаметр кондуктора.

D_н =305.3+18=323.3 мм.     по ГОСТу - 324мм.

       Все данные по остальным колоннам рассчитаны аналогично, результаты сведены в таблицу 2.1

       Таблица 2.1

 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2.4. Расчет эксплуатационной колонны.

    Расчет обсадных колонн производят по максимальным значениям наружных и внутренних давлений, а также осевых нагрузок (при бурении, опробовании, эксплуатации, ремонте скважин), при этом учитывают раздельное и совместное их действие.

   Расчет  обсадных колонн осуществляется  с учетом условий строительства  скважины: значений горного и пластового давлений и интервалов их действия, давления гидроразрыва пласта и давления на устье скважины при закрытом противовыбросовом оборудовании (ПВО), снижения уровня жидкости в скважине и удельного веса бурового раствора при газо-нефте-водопроявлениях.

   В результате  расчета определяют конструкцию  обсадной колонны (типоразмер труб по секциям и их длины).

Расчет обсадных колонн производится для следующих  видов нагрузок:

• расчет на избыточные наружные (сминающие) давления;
• расчет на растяжение (страгивание);
• расчет на избыточное внутреннее давление (разрыв).

 

Исходные данные:

Глубина спуска эксплуатационной колонны Нэк = 2103 м ( Lэк = 2191,0 м).

Наружный диаметр  эксплуатационной колонны Дэк = 168 мм

Глубина спуска технической колонны Нтк = 690 м (Lтк = 700 м).

Глубина установки  цементировочной муфты Нм = 1657 м (Lм = 1740м).

В интервале (0-1740) м используем тампонажный раствор плотностью

ρц1 = 1,64 г/см³

В интервале (1740-2189,5) м используем тампонажный раствор  плотностью

ρц2 = 1,83 г/см³

Переход с раствора нормальной плотности на облегченный  раствор осуществляется на глубине Нп = 1370 м (Ln = 1374 м).

Плотность продавочной  жидкости  ρпр = 1,16 г/см³

Плотность буферной жидкости  ρбж = 1,4 г/см³

Плотность нефти  ρн = 0,751 г/см³

Глубина залегания  кровли продуктивного пласта

Нк = 2020 м (Lк = 2108,5 м).

Глубина залегания  подошвы продуктивного пласта

Нпод = 2103 м (Lпод = 2189,5 м).

Глубина залегания  середины продуктивного пласта

Нпл = 2061,5 м (Lпл = 2149 м).

Пластовое давление Рпл = 20 МПа.

Глубина снижения уровня жидкости при освоении Нж1 = 1000 м.

Глубина снижения жидкости в конце эксплуатации Нж2 = 1600 м.

Плотность жидкости при освоении ρж1 = 1,02 г/см³.

Плотность жидкости в конце эксплуатации ρж2 = 0,95 г/см³.

Плотность жидкости, заполняющей поры цементного камня  ρгс = 1,1 г/см³.  
 

2.4.1 Расчет на избыточные наружные (сминающие) давления.

При расчете эксплуатационной колонны на сминающие  давления учитывают максимальные сминающие давления, возникающие в процессе строительства и работы скважины:

• в момент окончания процесса цементирования;
• в момент снижения уровня жидкости в колонне при освоении скважины или при испытании ее на герметичность в один прием без пакера;
• при окончании эксплуатации скважины.

    Избыточное наружное давление (Рни) в общем случае определяют как разность между наружным (Рн) и внутренним (Рв) давлениями:

     Рни = Рн – Рв, при этом наружное и внутреннее давления определяются как гидростатическое давление столба жидкости для одного и того же момента времени, для одной и той же глубины.

    Для  цементирования эксплуатационной  колонны применяют двухступенчатый способ цементирования с установкой муфты на глубине 1740 м (по стволу скважины). Поэтому расчет эксплуатационной колонны на избыточные наружные давления проводят отдельно для первой ступени и второй ступени.

   Первая ступень

В момент окончания  цементирования обсадной колонны:

а) для устья  скважины:

                                                                                                

Рн = 0, Рв = 0, следовательно, Рни = 0

б) для отметки, соответствующей уровню поднятия буферной жидкости:

             -6

Рни = 10   g (ρбр – ρпр) (Нм – hб);

             -6

Рни = 10   · 9,81  (1160-1160) (1657-150) = 0

в) для глубины  установки цементировочной муфты:

              -6

Рни = 10   g [ρб · hб +ρбр (Нм – hб) – ρпр · Нм];

             -6

Рни = 10   9,81 [1400 · 150 + 1160 (1657-150) –1160 · 1657] = 0,353 МПа

г) для интервала  продуктивного пласта:

            -6

Рни = 10   g [ρц2 (Нпл – Нм) + ρб  · hб + ρбр · (Нм – hб) – ρпр  Нпл ];

            -6

Рни = 10   9,81 [1830 (2061,5 – 1657) + 1400  · 150 + 1160 (1657-150)–

-  1160 · 2103,0 ] = 2,54 МПа

д) для забоя  скважины:

             -6

Рни = 10  g [ρц2 (Нэк – Нм) + ρб  · hб + ρбр · (Нм – hб) – ρц2  ·hст – ρпр ( Нэк - hст) ];

             -6

Рни = 10 ·  9,81 [1830 (2103,0 – 1657) + 1400  · 150 + 1160 (1657 – 150) –

1830·10 – 1160 (2103 – 10) ] = 3,22 МПа 
 

По результатам  расчетов строим эпюру сминающих  давлений для момента окончания  цементирования первой ступени (рис. 3) 

Вторая ступень

В момент окончания  цементирования обсадной колонны.

а) для устья  скважины:

                                                         

Рн = 0, Рв = 0, следовательно, Рни = 0

б) для отметки, соответствующей глубине смены  цементного раствора:

             -6

Рни = 10   g (ρц1 – ρпр)  Нп;

    

             -6

Рни = 10   · 9,81  (1640-1160) · 1507 = 7.09МПа

в) для глубины  установки цементированной муфты:

             -6

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

             -6

Рни = 10   9,81 [1640 · 1740 -1400(1657–1507)–1160 · 1507]=7.64МПа 

Для момента  освоения скважины:

а) избыточное наружное давление на устье:

Рн = 0

б) на глубине  уровня жидкости, заполняющей колонну:

              -6

Рни = 10   g  · ρгс · Нж1; 

              -6

Рни = 10  · 9,81  · 1100 · 1000 = 10,78 МПа.

в) на глубине  залегания продуктивного пласта:

              -6

Рни = 10   g [ρгc · Нпл +ρж1 (Нпл – Нж1)];

              -6

Рни = 10   9,81 [1100 · 2061,5 - 1020 (2061,5 – 1000)] = 11,61 МПа

г) для забоя  скважины:

              -6

Рни = 10   g [ρгc · Н +ρж1 (Н – Нж1)];

             -6

Рни = 10   9,81 [1100 · 2103 - 1020 (2103 – 1000)] = 11,64 МПа 
 
 
 

При окончании  эксплуатации скважины

а) избыточное наружное давление на устье

     Рн = 0

б) на глубине  уровня жидкости, заполняющей колонну  при окончании эксплуатации:

             -6

Рни = 10   g  · ρгс · Нж2;

           

             -6

Рни = 10 ·  9,81  · 1100 · 1600 = 17,26 МПа

в) на глубине  залегания продуктивного пласта

              -6

Рни = 10   g [ρгc · Нпл -ρж2 (Нпл – Нж2)];

              -6

Рни = 10   9,81 [1100 · 2061,5 - 950 (2061,5 – 1600)] = 17,94 МПа

г) для забоя  скважины

             -6

Рни = 10   g [ρгc · Н – ρж2 (Н – Нж2)];

             -6

Рни = 10   9,81 [1100 · 2103 - 950 (2103 – 1600)] = 18,00 МПа 

По результатам  расчетов строим эпюру сминающих  давлений для моментов окончания  цементирования, освоения или испытания на герметичность снижением уровня жидкости в колонне и для окончания эксплуатации. (рис. 3)

      Расчет  избыточного наружного  давления на момент испытания эксплуатационной колонны на герметичность снижением уровня жидкости:

• у устья скважины:

Р⁰_ни=Р⁰_н-Р⁰_в=0

• у башмака предыдущей колонны:

Р_ни = 10^-6×g×r_гс× Н₀

Р_ни = 10^-6×10×1100×700 = 7,7 МПа

• на уровне продуктивного пласта: