Расчет цементирования эксплуатационной колонны

Исходные данные:

Длина колонны по стволу L_н = 1852 м;

Интервал цементирования облегченным цементным раствором L_о = 1566м;

Интервал цементирования чистым цементным раствором L_цр =286 м;

Длина цементного стакана h_ст = 10 м;

Интервал буферной жидкости по затрубному пространству Н_буф =300 м;

Диаметр долота D_д.= 0, 2159 м;

Диаметр эксплуатационной колонны d_эк = 0, 168 м;

Плотность цементного раствора ρ _ц.р = 1830 кг/м³;

Плотность облегченного цементного раствора ρ _о = 1640 кг/м³;

Плотность бурового раствора ρ _б.р = 1130 кг/м³;

Водоцементное отношение облегченного цементного раствора m_о = 0, 75;

Водоцементное отношение цементного раствора m = 0, 5;

Определяется объем буферной жидкости:

V_буф = 0, 785 × (к × D_д² – d_эк²) × Н_буф = 0, 785 × (1, 1 × 0, 2159² – 0, 168²) – 300 = 5, 4 м³;

Определяется объем чистого цементного раствора:

V_цр = 0, 785 × [(к × D_д² × d_эк²) × L₂ + d_вэк² × h_ст]= 0, 785 × [(1, 1 × 0, 2159² – 0, 168²) × 286 + 0, 152² × 10] = 5, 36 м³, где к – коэффициент кавернозности.

Определяется объем облегченного цементного раствора:

V_о=0, 785 × (к× D_д²–d_эк²)× L₁=0, 785× (1, 1× 0, 2159² – 0, 168²) × 1566=28, 3 м³.

Определяется плотность цементного раствора:

ρ _цр = = = 1830 кг / м³.

Определяется плотность облегченного цементного раствора:

ρ _о = = = 1640 кг / м³.

Определяется количество сухого цемента в цементном растворе:

G_ц = (ρ _цр × V_цр × к) / (1 + m) = (1830 × 5, 36 × 1, 03) / (1 + 0, 5) = 6, 7 т.

Определяется количество сухого цемента в облегченном цементном растворе:

G_о = (ρ _о × V_о × к) / (1 + m_о) = (1640 × 28, 3 × 1, 03) / (1 + 0, 75) = 31, 8 т,

где к – коэффициент, учитывающий потери цемента при затворении.

Определяется количество воды для цементирования:

V_в = m × G_ц + m_о × G_о = 0, 5 × 6, 7 + 0, 75 × 31, 8 = 27, 2 м³.

Определяется количество СаСl₂ в цементном растворе:

G_СаСl =(m × V_цр) / 100 = (0, 5 × 5, 36) / 100 = 0, 08 т.

Определяется количество СаС1₂ в облегченном цементном растворе:

G_{о СаСl} =(m_о × V_о) / 100 = (0, 75 × 28, 3) / 100 = 0, 42 т.

Определяется количество ОЭЦ для обработки цементного раствора:

G_оэц = (m × V_цр) / 100 = (0, 5 × 5, 36) / 100 = 0, 0268 т.

Определяется количество продавочной жидкости:

V_прж = 0, 785 × d_внок² × (L_н – h_ст) × к = 0, 785 × 0, 1534² × (1852 – 10) × 1, 03 = 35 м³.

Определяется давление на цементировочной головке в конце цементирования обсадной колонны:

р_к = р_г + р_ц = 5, 3 + 9, 7 = 15 МПа;

р_г= L_в +1, 6 = 0, 002 × 1838 + 1, 6 = 5, 28 МПа;

р_ц = 0, 00110 × 10 × (ρ _црср – ρ _р) × (L_в – h_ст) × 10^–3 = 0, 001 × 10 × (1669 – 1130) × (1838 – 10) × 10^–3 = 9, 7 МПа;

ρ _црср = (ρ _о × L_о + ρ _цр × L_цр) / (L_о + L_цр) = (1640 × 1566 + 1830 × 286) / (1566 + 286) = 1669 кг / м³.

Определяется температура забоя:

Т = t_ср + Г × L_в = 1 + 0, 025 × 1838 = 46, 95 °С,

где Г = 0, 025 – геотермический градиент.

По температуре забоя рекомендуется цемент для холодных скважин ІG-СС-1.

По величине р и р_г принимаются втулки на насосе ЦА-320М Æ 115 мм.

Определяется количество продавочного раствора, закачиваемого на различных скоростях ЦА-320М:

h_о = (V_цр + V_оцр) / (F_вн + F_зп) = (5, 36 + 28, 3) / (0, 0184 + 0, 018) = 924 м;

F_вн = 0, 785 × = 0, 785 × 0, 1534² = 0, 0184 м²;

F_кп = 0, 785(кD²_д – d²_нок) = 0, 785 × (1, 1 × 0, 2159² – 0, 168²) = 0, 018 м²;

l_о = L_н – h_о = 1852 – 924 = 928 м;

а = (h_о – h_ст) / р_ц = (928 – 10) / 9, 7 = 94, 2 м / МПа;

h_V = 1_о + а × (р_V + р_г) = 903 + 94, 2 × (5, 8 – 5, 3) = 950, 1 м;

h_ІV = а × (р_ІV + р_V) = 94, 2 × (8, 7 – 5, 8) = 273, 2 м;

h_ІІІ = а × (р_ІІІ + р_ІV) = 94, 2 × (13, 4 – 8, 7) = 442, 7 м;

h_ІІ = а × (р_ІІ + р_ІІІ) = 94, 2 × (23 – 13, 4) = 904, 3 м;

V_V = F_внэкср × h_V = 0, 0184 × 950, 1 = 17, 5 м³;

V_ІV = F_внэкср × h_ІV = 0, 0184 × 273, 2 = 5 м³;

V_ІІІ = F_внэкср × h_ІІІ = 0, 0184 × 442, 7 = 8, 1 м³;

V_ІІ = V_прж – (V_V + V_IV + V_III) = 35 – (17, 5 + 5 + 8, 1) = 4, 4 м³.

Определяется время цементирования эксплуатационной колонны из условия работы одного ЦА-320М:

Т_ц = Т_зак + Т_прод + t = 2090, 6 + 3291, 9 + 700 = 6082, 5 с;

Т_зак = (V_цр + V_о) × 10³ / q_цаv = (5, 36+28, 3) × 10³ / 16, 1 = 2090, 6 с;

Т_прод = t_v + t_ІV + t_ІІІ + t_ІІ = V_v × 10³ / q_{ца v} + V_ІV × 10³ / q_{ца ІV} + V_ІІІ × 10³ / q_{ца ІІІ} + V_ІІ × 10³ / q_{ца ІІ} = 17, 5 × 10³ / 16, 1 + 5 × 10³ / 13, 3 + 8, 1 × 10³ / 8, 7 + 4, 4 × 10³ / 4, 9 = 3291, 9 с,

где t – время, затраченное для промывки нагнетательной линии ЦА-320М и отвинчивания стопоров на цементировочной головке.

Определяется количество ЦА-320М по времени схватывания цементного раствора n_ца = [Т_ц / (0, 75 × Т_схв)] + 1 = [6082, 5 / (60 × 0, 75 × 120)] + 1 = 2 агрегата.

Определяется количество цементировочных агрегатов по скорости восходящего потока:

n_ца = 0, 785 × (к × D_д² – d_нок²) × с / q_цаср = 0, 785 × (1, 1 × 0, 2159² – 0, 168²) × 1, 5 / 0, 0106 = 2, 56 = 3 агрегата,

где q_цаср = V_прж / Т_прод = 35 / 3291, 9 = 0, 0106 м³ / с,

С – скорость восходящего потока 1, 5 – 2 м/с. Принимается количество ЦА-320М – 3 агрегата.

Определяется количество цементосмесительных машин по грузоподъемности:

n_ас = (G_ц + G_оц) / 20+1 = (6, 7+31, 8) / 20 + 1 = 3 смесителя.

Определяется время цементирования эксплуатационной колонны:

Т_ф = (Т_ц – t) / n_ца + t = (6082, 5 – 700) / 3 + 700 = 2494, 17 с = 41, 6 мин.