Разработка вопросов совершенствования технологии безамбарного бурения на Шершнёвском месторождении

Р_ни=Р_пл-10^-6×g×r_тв×(H_пл-H_уг)

Р_ни = 21,2-10^-6×10×1020×(2065-1000)=10,34 МПа

• на глубине уровня жидкости в колонне:

Р_ни = Р⁷⁰⁰_ни +( Р_пл- Р⁷⁰⁰_ни)/(H_пл- Н₀)×(H_уг- Н₀),

где Р⁷⁰⁰_ни - наружное избыточное давление на глубине 700 м у башмака предыдущей колонны.

 Р_ни = 7,7 +( 21,2-7,7)/(2065-700)×(1000-700)=10,7 МПа

    По  данным расчета строим эпюру избыточных наружных давлений (рис. 3)

    Расчет  избыточного наружного  давления на момент окончания процесса эксплуатации  скважины:

• у устья скважины:    

Р⁰_ни=Р⁰_н-Р⁰_в

• у башмака предыдущей колонны:

Р_ни=10^-6·g·ρ_гс·H₀

Р_ни=10^-6·10·1100·700=7,7 МПа

• на глубине уровня жидкости в колонне:

Р_ни=10^-6·g·ρ_гс·H_ук

Р_ни=10^-6·10·1100·1400=15,4 МПа

• на забое скважины:

Р_ни=10^-6·g·[ρ_гс·H-ρ_н·(Н- H_ук)]

Р_ни=10^-6·10·[1100·2065 -1020·(2065 -1400)] = 15,9 МПа

      По  данным расчета строим эпюру избыточных наружных давлений (рис. 3) 

2.4.2 Расчет эксплуатационной колонны на избыточное внутреннее давление

   Расчет колонны на избыточное внутреннее давление проводят, как правило, для момента ее испытания в один прием без пакера.

Избыточное внутреннее давление в общем случае определится  как разность между внутренним и  наружным давлениями для одного и того же момента времени:

Рвиz = Рвz – Рнz

  

Давление на устье при опрессовке колонны  должно минимум на 10% превышать ожидаемое рабочее давление и быть не ниже установленного минимального опрессовочного давления для данного диаметра обсадной колонны:

    Ропр  ≥ 1,1 Ру;(*)

    Ропр  ≥ 1,1 Ропр min  , где Ропр min – минимальное опрессовочное давление для обсадной колонны данного диаметра, МПа.

Давление на устье при работе нефтяной скважины:

                     -6

Ру = Рпл - 10    g ρгc · Нпл;

                     -6

Ру = 20,0 - 10   · 9,81 · 0,751 · 10³ · 2189 = 3,87 МПа

Ропр = 1,1 · 3,87 = 4,26 МПа

Ропр min для обсадных труб диаметров 168 мм составляет 22,0 МПа

Условию (*) отвечает давление опрессовки Ропр = 22,0 МПа

При заполнении колонны опрессованной жидкостью (водой плотностью ρж  = 1000 кг/м³), избыточное внутреннее давление для остальных характерных точек определяется следующим образом:

для уровня башмака  предыдущей колонны:

                        -6

Рви = Ропр - 10   g [(ρгc – ρж) · Нтк ];

                        -6

Рви = 22,0 - 10 *  9,81 [(1100 – 1000) ·  690 ] = 21,23 МПа

для интервала  продуктивного пласта αпл < 1,1

                        -6

Рви = Ропр - 10   g [(ρгc – ρж) · Нпл ];

                        -6

Рви = 22,0 - 10   9,81 [(1100 – 1000) · 2061,5 ] = 19,89 МПа

Выбранную из расчета  на смятие и растяжение компановку обсадной колонны, необходимо проверить  на избыточное внутреннее давление. Для  сечения по телу верхней трубы обсадной колонны определяют фактическое значение коэффициента запаса прочности (nви) и сравнивают его с нормативными ([nви]).

Для обсадных труб диаметром 168 мм значения нормативного коэффициента запаса прочности  [nви] = 1,15. При проверке обсадной колонны на избыточное внутреннее давление, для верней трубы, должно выполняться условие:

 nви = [ Ркр ] ≥ [nви]

             Рви

Для труб 163х7,3 D [ Ркр ] = 28,8 МПа

                                -6

1) Рви1 = Ропр - 10   g [(ρгc – ρж) · Н1 ];

nви1 = [ Ркр1 ] 

               Рви1

                        

                        -6

Рви1 = 22,0 - 10 * 9,81 (1100-1000) · 2189 = 19,85 МПа

nви1 = 28,8    = 1,16 , т.е. nви1> [nви]

           19,85 
 
 
 
 

2.4.3 Расчет эксплуатационной колонны на растяжение

  Для компановки используем трубы типа НОРМКА 168х7,3 D. Сминающее давление для этих труб [ Рсм ] = 16,6 МПа.

  Для этого уточним критическое сминающее давление:

Р' см  = Рсм (1-0,3 Qp / Qτ),

Рсм – критическое  сминающее давление для труб НОРМКА – 168х7,3 D; МПа;

Qр – растягивающая нагрузка,  кН;

Qτ – растягивающая нагрузка, при которой напряжение в теле трубы становится равным пределу текучести, кН.

Qр = Σqi · li;

Qτ = σт · Fт

Qр = 294 · 2189 = 644 кН

   

                    6

Qτ = 380 ·10 · 0,785 (0,168 ² - 0,1534 ²) = 1,4 · 10³ кН

Р' см = 16,6 (1 – 0,3   644 ) = 14,69 МПа- для сечения по телу нижней трубы обсадной колонны.       1,4 · 10³ 

Таблица 2.4.3 

 

Проводится проверка обсадной колонны, выбранной из расчета  на наружное избыточное давление, на осевые растягивающие нагрузки. Для этого  рассчитывают коэффициент запаса прочности на растяжение (страгивание):

nстр =    Qстр     ≥ [ nстр ]

                  n

               Σ  qi · li

                  i = 1

[nстр ] = 1,15 
 
 

Рассчитываем  для нижней трубы 168х7,3 Д

Qстр  = 880 кН; q1м = 300 Н/м; l = 2190 м

nстр = 880 · 10³ =  1,34 > 1,15

         300 · 2190

Условие прочности  выполняется.

По результатам  расчетов эксплуатационной колонны  на растяжение приходим к выводу, что  первоначальная компановка обсадной колонны  отвечает требованиям прочности на смятие и растяжение., т.е. перекомпановка не требуется. 

2.4.4. Расчет цементирования эксплуатационной колонны.

  Для обеспечения надежного разделения бурового и тампонажного растворов в процессе цементирования применяются буферные жидкости. Столб буферной жидкости в затрубном пространстве должен быть высотой не менее 150-200 м. Исходя из этого условия рассчитывается минимальный объем буферной жидкости V  бж min. При цементировании эксплуатационной колонны используется буферная жидкость, состоящая из цементного раствора с ОЭЦ ρБж = 1,40 г/см³.

V  бж min = 0,785 · lбж · [ (Ку · Dд)²- Dнэк ² ];

V  бж min = 0,785 · 152 · [ (1,1 · 0,2159)²- 0,168 ² ] = 3,36 м³

    При  осуществлении двухступенчатого  цементирования важно определить  место (глубину) установки цементировочной  муфты. При этом учитывают цель  двухступенчатого цементирования.

Цементировочную муфту устанавливаем в верейских отложениях на глубине 1740 м. 

2.4.4.1. Расчет  расхода материалов для цементирования  эксплуатационной колонны.

I ступень:

объем тампонажного раствора в интервале открытого  ствола:

Vцр1 = 0,785 [ (Ку · Dд)² - Dн эк² ] (Lэк – Lм); 

Vцр1 = 0,785 [ (1,1 · 0,2159)² - 0,168 ² ] (2189 – 1740) = 9,93 м³

объем тампонажного раствора для образования цементного стакана внутри эксплуатационной колонны:

Vцр2 = 0,785 · D ²в эк · hcт;

Vцр2 = 0,785 · 0,1534 ² · 10 = 0,18 м³

Общий объем  цементного раствора, необходимого для  цементирования первой ступени:

Vцр1 = Vцр1 + Vцр2;

Vцр1 = 9,93 + 0,18 = 10,11 м³

Нормы расхода  компонентов для приготовления  цементного раствора нормальной плотности ρ = 1,83 г/см³ составляют:

Цемент IG-CC-1              1223 кг/м³

NaCl                                  61,5 кг/м³

техническая вода             0,546 м³/м³

Нормы расхода  компонентов для приготовления  облегченного цементного раствора ρ = 1,64 г/см³ составляют:

Цемент IG-CC-1              983 кг/м³

ОЭЦ                                  1,97 кг/м³

NaCl                                  49,4 кг/м³

техническая вода             0,606 м³ /м³

  Нормы расхода  компонентов для приготовления  тампонажных растворов взяты с учетом потери цемента и NaCl при погрузочно-разгрузочных работах и при приготовлении тампонажного раствора; для технической воды – с учетом потери жидкости затворения при приготовлении тампонажного раствора. 
 

Масса сухого портландцемента, необходимая для приготовления  данного объема цементного раствора нормальной плотности составит:

Gптц = 1223 · 10,11 = 12,37 т

Масса NaCl составит:

G NaCl = 61,13 · 10,11 = 618,02 кг

Объем технической  воды для затворения тампонажного материала:

V н2о = 0,546 · 10,11 = 5,52 м³

Объем продавочной  жидкости определяется с учетом сжимаемости жидкости:

Vпр1 =  kсж · 0,785 · D²в (Lэк – hст), где

Vпр = 1,04 · 0,785 · 0,1534² (2189,5 – 10) = 41,86 м³ 

II ступень:

Для облегченного цементного раствора (ρцр2 = 1,64 г/см³)

объем в интервале  открытого ствола:

Vцр21 = 0,785 [ (Ку · Dд)² - Dнэк² ] (Lм – Lтк);

Vцр21 = 0,785 [ (1,1 · 0,2159)² -  0,168² ] (1740 – 700) = 23,0м³

объем в интервале  предыдущей обсадной колонны (технической  колонны):

Vцр22  = 0,785 ( D ²втк – D ²нэк) Lтк;

Vцр22  = 0,785 ( 0,2292 ² – 0,168 ²) 700 = 13,36 м³

Общий объем  облегченного цементного раствора:

Vцр2 = Vцр21   + Vцр22;

Vцр2 = 23,0   + 13,36 = 36,36 м³;

Масса сухого портландцемента, необходимая для приготовления  данного объема:

облегченного  цементного раствора:

Gптц = 983 · 36,36 = 35,7  т

цементного расвтора нормальной плотности:

Gптц = 1223 · 10,11 = 12,5  т

Масса химических реагентов, необходимых для регулирования  свойств цементного раствора и цементного камня, для приготовления:

облегченного  цементного раствора: