Эксплуатационные скважины для освоения месторождений Западной Сибири (стр. 15 из 27)
DС, D, d - соответственно: диаметр скважины, наружный и внутренний обсадных труб.
Определяем скорость движения потока жидкости в затрубном пространстве по формуле:
VТР = VЗП×SЗП/SТР м/с. (2.128)
VТР = 1,5×0,038/0,014=4,07 м/с.
Таким образом, по формулам (2.126) и (2.127):
РГДТР= 10-6×0,02×1,08 × 104×4,082/ (2×9,8) ×3105/0,132=4,3 МПа.
РГДЗП= 10-6×0,035×1,36 × 104×1,52/ (2×9,8) ×3105/ (0,2159-0,146) ×1,7=1,3 МПа.
По формуле (2.125):
РГД=4,3+1,3=5,6 МПа.
Таким образом, по формуле (2.123) определяется максимальное давление на цементировочной головке:
РЦГ =11,6 +5,6+2,0=19,2 МПа.
Необходимое давление цементировочного агрегата определяется по условию (2.122):
РЦА ≥19,2/0,8=24 МПа.
Такое давление обеспечит цементировочный агрегат АЦ - 32, который имеет следующие характеристики:
Полезная мощность, квт 108.
Насос поршневой цементировочный НПЦ - 32.
максимальное давление, МПа 32;
максимальная подача, л/с 23.
Насос водяной ЦНС - 38 - 154;
максимальное давление, МПа 15;
максимальная подача, л/с 10.
Двигатель привода водяного насоса ГАЗ - 52А.
Емкость мерного бака, м3 6,4.
Емкость бака для затворения цемента, м3 0,25.
Масса, кг 16610.
Рассчитывается количество цементировочных агрегатов.
Количество цементировочных агрегатов должно обеспечить необходимую производительность закачки и продавки тампонажной смеси. В свою очередь необходимая производительность цементирования задается из двух условий:
Из условия создания требуемой скорости восходящего потока в затрубном пространстве;
Из условия заданного времени цементирования.
Руководящие документы рекомендуют при цементировании эксплуатационных колонн скорость восходящего потока равную 1,8…2,0 м/с.
Чтобы обеспечить рекомендуемую скорость, суммарная производительность цементировочных агрегатов должна составлять:
∑Q=SЗП×VВП м3/с, (2.129)
где SЗП - площадь затрубного пространства, м2;
VВП - скорость восходящего потока в затрубном пространстве, м/с.
∑Q=0,038×1,8=0,0684м3/с
Требуемое число цементировочных агрегатов составит:
nЦА =∑Q/qIV+1 (2.130)
где q- производительность одного агрегата на скорости, при диаметре втулок, обеспечивающих необходимое давление, м3/с;
1 - резервный агрегат
nЦА =0,0684/0,0145+1=5,7
Принимается число цементировочных агрегатов nЦА =6.
Исходя из условия заданного времени цементирования, находится потребная суммарная производительность цементировочных агрегатов:
∑Q= (VТС +VПЖ) / (0,75 ×TН. СХВ - TДОП) м3/с, (2.131)
где VТС и VПЖ - объемы тампонажной смеси и продавочной жидкости соответственно, м3;
TН. СХВ - время от затворения тампонажной смеси до начала ее схватывания (для цемента ПЦТ I- 100 TН. СХВ =6300 с), с;
TДОП - дополнительное время, необходимое для вывода смесительной машины на рабочий режим и освобождение верхней продавочной пробки (TДОП=600с), с.
∑Q= (84,6+43,2) / (0,75×6300 - 600) =0,031 м3/с
По формуле (2.130) находится требуемое число цементировочных агрегатов:
nЦА =0,031/0,0145 +1=3,07
Принимается число цементировочных агрегатов nЦА =4
Окончательное число цементировочных агрегатов принимается по наибольшему из полученных значений, то есть nЦА =6.
Выбираются смесительные машины.
Смесительные машины (агрегаты) предназначены для приготовления тампонажных смесей путем смешивания жидкости затворения и твердой фазы, транспортировки сухого порошка, а также могут быть использованы для приготовления глинистого раствора. Главными составными элементами смесительной машины являются бункер с загрузочным и подающим шнеками и гидросмесительная воронка.
Принимается цементосмесительная машина типа УС - 6 - 30, которая имеет следующие характеристики:
Транспортная грузоподъемность, т 18…20.
Вместимость бункера по сухому цементу, т 30.
Объем бункера, м3 20.
По количеству необходимого сухого порошка, затариваемого в смесительные машины, их количество определяется из выражения:
nсм =∑G/G1, (2.132)
где ∑G- суммарное количество сухого порошка, необходимого для проведения цементирования, т;
G1 - грузоподъемность одной смесительной машины, т.
nсм =80,5/20=4,025
Принимаем nсм =5.
Расчетные данные, полученные в этом разделе, заносятся в паспорт крепления скважины.
Рассчитывается технологический режим цементирования скважины.
В процессе цементирования в различные периоды времени давление, необходимое для прокачивания жидкостей, не остается постоянным. Отсюда возникает задача расчета давлений на цементировочной головке для разных этапов цементирования и подбора развиваемых агрегатом давлений, то есть подбора скоростей работы агрегата на соответствующих этапах.
Работу цементировочных агрегатов на различных скоростях можно определить, построив график давлений на цементировочной головке в реальных значениях.
Так как объем тампонажной смеси больше внутреннего объема, то на графике выделяются три характерные точки А, Б, С, значения которых определяются в координатах "давление - объем" рис.2.7
Точка А соответствует началу закачки тампонажной смеси (закачка буферной жидкости в данном случае не учитывается). Координата "давление" будет соответствовать гидродинамическим сопротивлениям, то есть РАЦГ=РГД=5,6 МПа.
Точка Б означает, что обсадная колонна заполнена тампонажной смесью на весь объем. От сюда следует, что объем для точки Б равен внутреннему объему обсадной колонны VБ =VВН =42,4 м3. Давление в этой точке будет минимальным и равным:
РБЦГ=РГД - DРГС МПа (2.133)
РБЦГ =5,6 - 11,6 = - 6 МПа.
Точка В соответствует концу продавки тампонажной смеси. Объем в этой точке равен суммарному объему закаченной тампонажной смеси и продавочной жидкости:
VВ =VТС+ VПЖ м3 (2.134)
VВ =84,6+43,6=127,8 м3.
Давление в точке В соответствует максимальному давлению в конце продавки (без учета давления для получения сигнала "стоп"):
РВЦГ=РГД+ DРГС МПа (2.135)
РВЦГ =5,6+11,6=17,2 МПа.
Помимо характерных точек выделяются также и вспомогательные точки, характеризующие процесс цементирования с применением конкретного цементировочного оборудования и обусловленный исходными значениями.
Таких точек выделено пять: точка 1 соответствует началу работы одного агрегата на IV скорости по закачке в скважину чистого цементного раствора, точка 2 соответствует началу работы агрегатов на IV скорости по закачке продавочной жидкости, точка 3 соответствует началу работы агрегатов на III скорости по закачке продавочной жидкости, точка 4 соответствует началу работы агрегатов на II скорости по закачке продавочной жидкости, точка 5 соответствует началу работы одного агрегата на II скорости по продавке 2% от объема продавочной жидкости.
По графику определяем объемы тампонажной смеси и продавочной жидкости закачиваемые при разных режимах работы цементировочных агрегатов.
При цементировании скважины используем цементировочные агрегаты АЦ-32 с диаметром втулок поршневого цементировочного насоса НПЦ-32 равным 125 мм. Характеристика работы агрегата, имеющего втулки такого диаметра приведены в табл.2.15.
При расчете времени цементирования и времени начала схватывания тампонажной смеси необходимо соблюдение условия:
∑T+ TДОП <0,75 ×TН. СХВ сек, (2.136)
где ∑T- время закачки тампонажной смеси и продавочной жидкости.
Время закачки порции тампонажной смеси на определенной скорости работы цементировочного агрегата определяется по формуле:
TТС=VTCIV/ (qIV×nIV) сек, (2.137)
где VTCIV- объем тампонажной смеси закачиваемой на IV скорости ЦА;
nIV - число одновременно работающих агрегатов.
Таблица 2.15 Характеристика работы агрегата АЦ - 32 с диаметром втулок поршневого насос НПЦ-32 равным 125 мм
| Скорость наоса | Производительность насоса Q, л/с | Рабочее давление, МПа |
| I | 2,3 | 24 |
| II | 4,3 | 19 |
| III | 8,1 | 10 |
| IV | 14,5 | 6 |
 |
Рассчитывается число применяемых агрегатов на каждом этапе цементирования и заносится в табл.2.16.
Таблица 2.16 Режимы работы цементировочных агрегатов
| Виджидкости | Объем, м3 | Числоагрегатов | Скоростьагрегата | Времязакачки, сек |
| Буферная | 61 | 5 | IV | 842 |
| Тампонажная(гельцемент) | 77,2 | 5 | IV | 1065 |
| Тампонажная(цементныйраствор) | 7,4 | 1 | IV | 510 |
| Продавочная | 2,214,226,80,9 | 4441 | IVIIIIIII | 384381558210 |
По условию (2.136):
1065+510+38+438+1558+210+600 <0,75 × 6300
4419 <4725
Условие выполняется, следовательно расчет проведен правильно и режимы работы цементировочных агрегатов выбраны точно.
2.13 Технология спуска обсадных колонн и цементирования
Спуск обсадной колонны - весьма ответственная операция. До начала спуска должны быть закончены все исследовательские и измерительные работы в скважине, тщательно проверено состояние бурового оборудования и инструмента, соответствие грузоподъемности вышки и талевой системы весу подлежащей спуску колонны, подготовлен ствол скважины.
За несколько дней до спуска колонны на буровую завозятся обсадные трубы, элементы технологической оснастки и необходимый дополнительный инструмент, тщательно проверенные и испытанные на базе, а так же специальную смазку для обеспечения герметичности резьбовых соединений при наиболее высоких температурах, возможных в скважине.