при , МПа;

при , МПа;

Эпюры избыточных внутренних давлений см. приложение 2, рис

Расчет равнопрочной колонны кондуктора.

Исходя из приведенных методических рекомендаций, для наклонно-направленных скважин с диаметром 245 мм обсадных труб принимаем величину запаса прочности . Тип обсадных труб - ОТТМ

Исходя из принятого запаса прочности, определяем требуемое наружное давление для первой секции:

МПа.

Исходя из полученного значения требуемого давления по справочным данным выбираем обсадную трубу категории прочности «Д», толщина стенки мм, для которых МПа. Уточняем запас прочности на смятие:

.

.

Т.к. кондуктор бурится вертикально, то его средний зенитный угол 0° на данном интервале вычисляем длину для данного участка начального искривления:

м.

Для выбранных нами труб определяем запас прочности на внутреннее давление на глубине головы первой секции.

Определяем вес участка:

,

где - вес одного погонного метра выбранной трубы.

кН.

Проверяем на страгивание:

5. ВЫБОР ТАМПОНАЖНОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБА ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ

Тампонажные материалы. Это такие материалы, которые при затворении водой образуют суспензии, способные затем превратиться в твердый непроницаемый камень.

В зависимости от вида вяжущего материала Тампонажные материалы делятся на: 1) тампонажный цемент на основе портландцемента; 2) тампонажный цемент на основе доменных шлаков; 3) тампонажный цемент на основе известково-песчаных смесей; 4) прочие тампонажные цементы (белиловые и др.).

При цементировании скважин применяют только два первых вида - тампонажные цементы на основе портландцемента и доменных шлаков.

К цементным растворам предъявляют следующие основные требования:

· подвижность раствора должна быть такой, чтобы его можно было закачивать в скважину насосами, и она должна сохраняться от момента приготовления раствора (затворения) до окончания процесса продавливания;

· структурообразование раствора, т. е. загустевание и схватывание после продавливания его за обсадную колонну, должно проходить быстро;

· цементный раствор на стадиях загустевания и схватывания и сформировавшийся камень должны быть непроницаемы для воды, нефти и газа;

· цементный камень, образующийся из цементного раствора, должен быть коррозионно- и температуроустойчивым, а его контакты с колонной и стенками скважины не должны нарушаться под действием нагрузок и перепадов давления, возникающих в обсадной колонне при различных технологических операциях.

В зависимости от добавок тампонажные цементы и их растворы подразделяют на песчаные, волокнистые, гельцементные, пуццолановые, сульфатостойкие, расширяющиеся, облегченные с низким показателем фильтрации, водоэмульсионные, нефте-цементные и др.

Тампонажные материалы, используемые для разобщения проницаемых пластов, должны удовлетворять следующим требованиям:

· суспензия такого материала должна быть легко прокачиваемой в течение времени, необходимого для транспортирования ее в заданный интервал скважины, а в покое - седиментационно-устойчивой;

· по окончании транспортирования в скважину суспензия в короткий срок должна превратиться в практически непроницаемое твердое тело, даже если температура окружающей среды ниже 0°С;

· суспензия должна превратиться в твердое тело с небольшим увеличением объема или, по крайней мере, без малейшей усадки в условиях конкретной ситуации в скважине;

· образовавшиеся из суспензии твердое тело должно быть высокоэластичным, долговечным, стойким против коррозии при контакте с пластовыми жидкостями и газами;

· это твердое тело должно сохранять свои механические свойства, непроницаемость и коррозионную устойчивость при всех изменениях температуры, которые возможны в период работы данной скважины;

· оно должно иметь сцепление с обсадной колонной и стенками скважины и прочность достаточные, чтобы противостоять тем силам, которые могут возникнуть в период работы скважины;

· тампонажные материалы должны быть недефицитными и сравнительно недорогими, поскольку потребность в них довольно велика;

· если тампонажный материал используют для создания перемычки (моста) в скважине, образующийся из его суспензии камень должен обладать большой прочностью и жесткостью.

В практике бурения в большинстве случаев применяют цементный раствор с В:Ц = 0,4 - 0,5. Нижний предел В:Ц ограничивается текучестью цементного раствора, верхний предел - снижением прочности цементного камня и удлинением срока схватывания.

К ускорителям относятся хлористые кальций, калий и натрий; жидкое стекло (силикаты натрия и калия); кальцинированная сода; хлористый алюминий. Эти реагенты обеспечивают схватывание цементного раствора при отрицательных температурах и ускоряют схватывание при низких температурах (до 40 °С).

Для приготовления цементного раствора химические реагенты растворяют предварительно в жидкости затворения (вода). Утяжеляющие, облегчающие и повышающие температуростойкость добавки смешивают с вяжущим веществом в процессе производства (специальные цементы) или перед применением в условиях бурового предприятия (сухие цементные смеси). С целью надежного разобщения продуктивного пласта нижнюю часть эксплуатационной колонны цементируют высококачественным тампонажным цементом класса ПЦТ1G, с_ц.р=2000 кг/м³. В качестве замедлителя сроков схватывания цемента используется КМЦ 0,5-1%, для регулирования вязкости КССБ 5%, Т-80 0,75%.В качестве утяжелителя используют смесь УЩЦ-120. Для цементирования верхней части эксплуатационной колонны используется лёгкий тампонажный раствор ПЦТ1 - 50 (с_ц.р=1450 кг/м³). Для облегчения, в тампонажный раствор при затворении добавляют стеклянные микросферы (материал-полиэтилен) Новочеркасского завода

6. РАСЧЁТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ КОЛОННЫ

Эксплуатационная колонна диаметром 146м, спущенной на глубину 2670 м, если она состоит из четырёх секций:

l₁ = 165 м, д=6,5 мм;

l₂ = 2042 м, д=6,5 мм;

l₃ = 215 м, д=7,0 мм.

l₃ = 248 м, д=6,5 мм.

D_скв = 216 мм диаметр скважины,

Н = 2175 м высота (по стволу) подъема цементного раствора от забоя,

h=30 м длина цементного стакана,

с=3100 кг/м³ плотность цементного порошка для приготовления ц. р. нормальной плотности,

с=1100 кг/м³ плотность промывочной жидкости,

K_v1=1,3 (для ц.р. нормальной плотности) коэффициент увеличения ствола скважины,

Определяется средний внутренний диаметр обсадной колонны:

.

Определяется объем цементного раствора:

Продуктивные пласты цементируются тампонажным раствором на основе цемента ПЦТ I-G, обработанным замедлителем сроков твердения.

= 0,785 ( 0,216² -0,146²)1420*1,3 = 36,6 м³

Где 6,6 м³ тампонажный, а 30 м³ облегченный.

Определяется количество сухого цемента (ПЦТ I-G) для приготовления 1 м³ цементного раствора нормальной плотности:

Определяется количество сухого цемента (ПЦТ I-50) для приготовления 1 м³ легкого цементного раствора, с=2700кг/м³ плотность цементного порошка для приготовления облегчённого ц. р. При водоцементном отношении 0,85

Определяется плотность цементного раствора :

_н.ц.р = ( 1 + m ) q = ( 1 + 0,5 ) 1215 = 1823,4 кг/м³.

_л.ц.р = 1515,9 кг/м³.

Определяется количество цемента и воды для приготовления цементного раствора:

 = 1215,6 6,6=8023 кг ;

= 0,5 8,02 =4,01 м³ ;

= 819,4 30 = 24582 кг ;

= 0,85*24,3 = 20,7 м³ ;

Определяется количество сухого цемента с учетом потерь при затаривании:

= 1,025 8023 = 8219,5 кг.

= 1,025 24582= 25196,6 кг.

Определяется количество цементно- смесительных машин:

.

Определяется количество продавочной жидкости:

.

Определяется наибольшее рабочее давление в конце цементирования:

.

Где Р₁ - давление за счет разности плотностей цементного и глинистого растворов, МПа;

Р₂ - давление от гидравлических сопротивлений при движении продавочной жидкости в трубах, МПа;

Р₃ - давление от гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве, МПа;

Р₄ - давление от гидравлических сопротивлений при движении цементного раствора в затрубном пространстве, МПа.

Определяется гидростатическое давление за счет разности плотностей цементного и глинистого растворов:

Определяется гидравлические сопротивления при движении продавочной жидкости в трубах:

.

Определяется скорость движения продавочной жидкости в трубах:

.

Здесь V_к.п - скорость движения промывочной жидкости и цементного раствора в затрубном пространстве, м/с.

Определяется критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение продавочной жидкости в трубах:

,

где _р - структурная вязкость продавочного раствора, мПа*с;

_{0 р} - динамическое напряжение сдвига продавочного раствора, Па

(определяются по номограмме).

так как 49998,2 2300, то

_{1 тр} - коэффициент, характеризующий характер движения жидкости в трубах, определяется в зависимости от критерия Рейнольдса.

.Определяется критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение промывочной жидкости в затрубном пространстве:

так как 17562,4 1600, то

.

Определяются гидравлические сопротивления при движении легкого цементного раствора в затрубном

.

Определяется критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение цементного раствора в затрубном пространстве:

где з_ц- структурная вязкость цементного раствора, мПа•с; ф_0ц - динамическое напряжение сдвига цементного раствора, Па.

так как 1554 > 1600, то

Определяется максимальное давление при цементировании:

Р_max = P_p + Р_стоп =12,86 + 1,55 = 10,41МПа.

Из полученного Р_max видно, что для проведения цементирования можно использовать ЦА - 320 М.

Определяется допустимое время цементирования:

--для закачки легкого цементного раствора ПЦТ-I-50

Т_доп = 0,75 Т_н.скв = 0,75 90 = 67,5 мин.

--для закачки цементного раствора нормальной плотности ПЦТ-I-G

Т_доп = 0,75 Т_н.скв = 0,75 90 = 67,5 мин.

где Т_н.скв по ГОСТу для данного цементного раствора.

Определяется время закачивания цементного раствора при гидравлических сопротивлениях в скважине в начальный период цементирования:

Р_гидр = Р₂ + Р₃ ^/ = 0,156 + 1,66 = 1,82 МПа.

где - гидравлические сопротивления в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости, МПа.

Определяются гидравлические сопротивления в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости:

,

так как Р_гидр = 1,82 Мпа < Р₂^v = 4,0 ( давление развиваемое агрегатом на высшей скорости), то закачивание цементного раствора можно начать на пятой скорости.

Время закачивания цементного раствора одним агрегатом:

Определяется время продавки цементного раствора.

Для определения времени продавки цементного раствора вначале определяются гидравлические сопротивления в конце цементирования:

Р^/_гидр = Р₂ + Р₃ + Р₄ =0,68+0,18+4,8=5,7 МПа.

Определяются длины столбов продавочного раствора в трубах, закачиваемые цементировочным агрегатом на различных скоростях:

для чего определяются коэффициенты а, b и c:

.

Здесь F_з.п = 0,785 ( D ² _скв - D² _н ) = 0,785 (0,216- 0,146²) = 0,02м²;

F_тр = 0,785 d_вн² = 0,785 0,133² = 0,0139м²;

= 125,3м/Мпа;

-277,5м

Длина столба продавочной жидкости на 5 скорости:

на пятой l₅ = 1212 +125,3 ( 4,0 - 5,7 ) -277,5 = 721,5 м

на четвертой: l₄ = 1212 +125,3 ( 6,1 - 5,7 ) -277,5 =984,6м ;

на третьей : l₃ = 1212 + 125,3( 9,5 - 5,7 ) -277,5 = 1410,6м ;

на второй: l₂ = 1212 + 125,3 ( 12,9 - 5,7 ) -277,5 = 1837м 1860 м..

Определяются объемы продавочной жидкости, закачиваемые цементировочным агрегатом на различных скоростях:

;

V_{пр 4} = F_тр ( l₄ - l₅ ) = 1,05 0,0139 ( 984-721,5 ) = 3,8 м³ ;

V_{пр 3} = F_тр ( l₃ - l₄ ) = 1,05 0,0139 (1410,6-984,6) = 6,2 м³ ;

V_{пр 2} = F_тр ( l₂ - l₃ ) = 1,05 0,0139 (1837-1410,6) = 6,22 м³ .

V_пр = V_{пр 5} + V_{пр 4} + V_{пр 3} + V_{пр 2} = 10,5+3,8+6,2+6,22= 26,7 м³.

Определяется время продавки цементного раствора:

Определяется общее время цементирования:

Т = Т₃ + Т_пр = 26,5 + 42,6 = 69 мин.

15. Определяется количество цементировочных агрегатов:

.

Так как при цементировании работают 3 цементно- смесительных машины, то необходимо минимально принять 3 цементировочных агрегата. Еще необходимо предусмотреть один ЦА для подачи воды и один ЦА как запасной, Итого необходимо принять 5 ЦА, их них 3 - рабочих.

;

;

Таким образом, для организации процесса цементирования эксплуатационной колонны диаметром 146 мм, спущенной на глубину 2670 м, при подъеме цементного раствора до глубины 1420 м необходимо 36,6 т цемента, 41,3 м³ промывочной жидкости плотностью 1100 кг/м³ и 5 ЦА типа ЦА - 320 М. ОЗЦ составляет 24 часа.

7. РАСЧЁТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ КОНДУКТОРА

Диаметр скважины 295,3 мм

Высота подъема цементного раствора от забоя 260 м

Плотность цементного порошка 3100 кг/м³

Плотность промывочной жидкости 1100 кг/м³

Коэффициент увеличения ствола скважины 1,3

Водоцементное отношение ВЦО 0,5

h = 30 м.

Определяем средний внутренний диаметр обсадной колонны:

мм

Определяем объем цементного раствора:

,

м³.

Определяется количество сухого цемента для приготовления 1 м³ цементного раствора:

,

кг/м³.

Определяется плотность цементного раствора:

кг/м³

Определяется количество цемента и воды для приготовления цементного раствора:

кг;

м³.

Определяется количество сухого цемента с учетом потерь при затаривании:

,

где - коэффициент, учитывающий потери сухого цемента при затаривании цементно-смесительных машин и при приготовлении цементного раствора.

кг.

Определяется количество цементно-смесительных машин:

.

Определяется количество продавочной жидкости:

,

где: - коэффициент, учитывающий сжатие продавочной жидкости за счет наличия в ней пузырьков воздуха.

м³.

Определяется наибольшее рабочее давление в конце цементирования:

,

Определяется гидростатическое давление за счет разности плотностей цементного и глинистого растворов:

МПа.

Определяем гидравлические сопротивления при движении продавочной жидкости в трубах:

,

Определяем скорость движения продавочной жидкости в трубах:

.

м/с.

Определяется критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение продавочной жидкости в трубах:

,

где з_р - структурная вязкость продавочного раствора, мПа•с; ф_0р- динамическое напряжение сдвига продавочного раствора , Па.

так как 2300 1,58 .

МПа.

Определяются гидравлические сопротивления при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве:

,

Определяем критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение промывочной жидкости в затрубном пространстве:

так как 1600 628,7.

МПа

Определяются гидравлические сопротивления при движении цементного раствора в затрубном пространстве:

Определяется критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение цементного раствора в затрубном пространстве:

где з_ц- структурная вязкость цементного раствора, мПа•с; ф_0ц - динамическое напряжение сдвига цементного раствора Па.

Так как 408,2 > 1600

МПа.

МПа.

Определяется максимальное давление при цементировании:

МПа

Исходя из полученного значения давления , выбираем цементировочный агрегат: ЦА - 320М, диаметр втулок 127мм.

Определяется допустимое время цементирования:

мин.

Определяем время цементирования:

,

где - время закачки цементного раствора, мин;

Для определения времени закачивания цементного раствора необходимо знать гидравлическое сопротивление в скважине в начальный период цементирования.

,

Определяются гидравлические сопротивления в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости:

МПа

так как МПа < Р_v= 3 МПа закачивание цементного раствора начинают на пятой скорости.

мин

Определяется время продавки цементного раствора.

МПа.

Определяются длины столбов продавочного раствора в трубах, закачиваемые цементировочным агрегатом на различных скоростях:

для чего определяются коэффициенты а, b и c:

F_з.п = 0,785 ( D ² _скв - D² _н ) = 0,785 (0,2953² - 0,245²) = 0,02 м²;

F_тр = 0,785 d_вн² = 0,785 0,2292 = 0,0412²;

м/МПа;

м

Длина столба продавочной жидкости на 4,5 скоростях

l₅= 215.2 + 55.09(5.1-1.82)+ 109.5= 505 м ;

на третьей : l₄= 215.2 + 55.09(9.8- 1.82) + 109.5 =764 м .

Определяются объемы продавочной жидкости, закачиваемые цементировочным агрегатом на различных скоростях:

;

V_{пр. 4}= 1,05 0,0412 (230 - 505) = 0.21 м³;

Итого:

V_пр = V_{пр 5} + V_{пр 4} = 21.8+0.21=22м³.

Определяется время продавки цементного раствора:

Определяется общее время цементирования:

Т = Т₃ + Т_пр = 12.8 + 16 = 28.8 мин.

Определяется количество цементировочных агрегатов:

.

Еще необходимо предусмотреть один ЦА для подачи воды и один ЦА как запасной, итого необходимо принять 3 ЦА, их них 1 - рабочих.

Определение фактической скорости восходящего потока цементного раствора при двух рабочих ЦА:

;

;

Таким образом, для организации процесса цементирования колонны кондуктора диаметром 245 мм необходимо 25,3 т цемента, 2 цементно-смесительных машины по 20 т, 25,1 промывочной жидкости плотностью 1140 кг/м³ и 4 ЦА типа ЦА - 320 М.

8. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИМЕНЯЕМЫХ НАЗЕМНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ЦЕМЕНТИРОВАНИИ СКВАЖИН

При цементировании скважин применяется следующие агрегаты и узлы наземного оборудования: цементировочные агрегаты (ЦА) ,цементировочносмесительные машины (ЦСМ), осреднительная (ОС) емкость, блок-манифольд.

Цементировочные головки относятся к оснастке обсадных колонн и предназначены для создания герметичного соединения обсадной колонны с нагнетательными линиями цементировочных агрегатов. В зависимости от конструктивного исполнения они могут применяться при цементировании различными способами. В настоящее время серийно выпускаются головки типов ГЦК, ГУЦ по ТУ 39 - 1021 - 85 и ГЦУ по ТУ 39 - 921 - 84. Высота цементировочных головок обоих типов позволяет размещать их в подъемных стропах талевой системы и при соответствующем оснащении использовать при цементировании с расхаживанием обсадной колонны. Головки цементировочные типа ГУЦ поставляются с кранами высокого давления. При установке на устье скважины верхние разделительные пробки в эти головки закладываются заранее, так что отпадает необходимость разборки этой головки после закачивания тампонажного раствора, как это делается в случае применения ГЦК. Поэтому в данном проекте предусматриваем использование цементировочной головки типа ГУЦ. Основные типоразмеры ГУЦ приведены в табл. 5.

Таблица 5.

Для транспортирования тампонажных материалов к буровым скважинам и для механизированного приготовления растворов применяют цементно-смесительные машины и агрегаты. Цементно-смесительные машины, имеющие в качестве основных узлов бункер, погрузочно-разгрузочное устройство и устройство для приготовления растворов, монтируют на автомобилях и прицепах. Существуют два типа ЦСМ: с пневматической и механической разгрузкой бункера. Большое распространение получили установки смесительные УС5 - 30.

Передвижная установка смесительная механическая УС5 - 30 предназначена для транспортировки сухих порошкообразных материалов. К преимуществам данной установки следует отнести возможность выполнения следующих технологических операций:

· Приготовление тампонажного раствора при работе в составе комплекса оборудования, предназначенного для цементирования скважин;

· Пневматическая перегрузка тампонажных материалов, минуя сепаратор в другие смесительные установки пневматического или механического типов, а также в склады с помощью собственного или постороннего компрессора;

· Вакуумная самозагрузка собственных бункеров из складов силосного типа;

· Загрузка собственных бункеров из автоцементовозов.

Таблица 6

Техническая характеристика установки УС5 - 50:

Известны различные конструкции осреднительных установок, применяемых во многих тампонажных организациях. Установка осреднительная (УО) предназначена для обработки тампонажных растворов в процессе их приготовления при цементировании нефтяных и газовых скважин. Основное назначение установки - понижение колебаний плотности тампонажного раствора при его непрерывном приготовлении или накоплении отдельных порций с последующей откачкой. Кроме того, установку применяют для приготовления буферных и других рабочих жидкостей, содержащих труднорастворимые вещества. Установка работает только в комплекте с насосными и смесительными установками, предназначенными для цементирования нефтяных и газовых скважин.

Техническая характеристика УО: Таблица 7

Разработан комплекс оборудования для цементирования скважин в труднодоступных районах, состоящий из цементировочного агрегата, цементовозов и смесительного блока. Каждый агрегат представляет собой единый блок, который может быть использован не только при цементировании скважин, но и для проведения других работ. Цементировочный агрегат можно применять для нагнетания жидкостей при гидропескоструйной перфорации, установке нефтяных ванн, глушении фонтанов и т.д. цементировочные агрегаты в специальном исполнении отличается транспортными базами и способами доставки к месту проведения работ.

Цементировочные агрегаты ЦА - 320М отличается от 5ЦА - 320 тем, что имеют шасси на базе автомобиля повышенной проходимости КрАЗ - 250. Рассмотрим цементировочный агрегат типа 5ЦА - 320.

Таблица 8.

Техническая характеристика

Манифольд цементировочной установки состоит из приемной, раздающей и нагнетательной линии. Приемная линия соединена с насосом 11Т, оборудуется трехходовым краном, заглушкой и позволяет откачивать жидкость либо из мерной емкости, либо из цементного бака, либо из осреднительной емкости. Раздающая линия оборудована трехходовым краном и предназначена для соединения с водоподающей установкой. Трубопровод нагнетательной линии имеет воздушный колпак, предохранительный клапан, разделитель с манометром и проходными кранами высокого давления. нагнетательная линия выведена в заднюю часть агрегата и заканчивается уплотнительным конусом и гайкой. Сбрасывают жидкость из насоса по контрольной линии, расположенной с противоположной от нагнетательной линии стороны, в мерную емкость.

Предохранительный клапан имеет предохранительные гвозди на давление 40, 32 и 23 МПа, в зависимости от установленный цилиндровых втулок с диаметрами соответственно 110, 125 и 140 мм. При срабатывании предохранительного клапана жидкость от него отводится в мерную емкость. Установка также оснащена приемным рукавом диаметром 100 мм и вспомогательным трубопроводом высокого давления общей длиной 22 м и шестью шарнирными металлическими соединениями. Вспомогательный трубопровод в транспортном положении уложен в специальных стойках на настиле установки ЦА - 320М. приемный рукав крепят под настилом.

Для успешного проведения процесса цементирования и качественного разобщения пластов необходимо выполнение ряда условий. Основные из них - соблюдение заданного режима цементирования, обуславливающего достижение максимально допустимой скорости восходящего потока бурового и тампонажного раствора в затрубном пространстве при допустимых давлениях на цементировочной головке, забое и в необсаженном стволе скважины, а также заданного времени цементирования в соответствии с рецептурой подобранного для цементирования тампонажного раствора. Основным параметром, по которому можно судить о соответствии свойств тампонажного раствора, приготавливаемого при цементировании и подобранного в лаборатории, является его плотность. Даже весьма несущественные отклонения плотности раствора от заданной приводят к значительным изменениям его свойств. В связи с этим контролировать плотность при цементировании нужно таким прибором, который позволяет проводить измерения с требуемой точностью. Обычно требуется определить плотность приготавливаемого раствора каждой приготавливаемой ЦСМ специальным ареометром АБР (АГ - 2), по данным которого вносят коррективы в режим работы по приготовлению раствора.

При цементировании обязательно должна присутствовать станция контроля цементирования. Эта станция позволяет замерять и регистрировать основные параметры цементирования, в том числе и плотность закачиваемого раствора. Таким образом, по диаграммной ленте после цементирования можно оценить, какой по качеству раствор закачан в различные интервалы скважины. Однако оперативно управлять процессом приготовления раствора каждой смесительной установкой по показаниям СКЦ нельзя. В последней модели станции контроля предусмотрена возможность регистрации момента посадки разделительной пробки на стоп-кольцо по давлению на диаграммной ленте в большем масштабе, что значительно облегчает фиксирование этого момента. В настоящее время используется станция контроля цементирования СКЦ2М - 80.

Станция СКЦ2М - 80 предназначена для автоматического контроля на устье скважин основных параметров закачиваемых электропроводящих жидкостей и технологических режимов процесса, а также для оперативного управления этим процессом и параметрами раствора. Станция СКЦ2М - 80 является самоходным комплексом измерительных и вспомогательных средств, размещенных на двух машинах повышенной проходимости, и состоит из блока манифольдов с измерительными преобразователями и блока лаборатории с вторичными вспомогательными приборами. С помощью аппаратуры станции можно контролировать и регистрировать следующие технологические параметры: давление, мгновенный расход, суммарный объем и плотность закачиваемой жидкости. Станцию можно использовать при проведении ГРП пласта и других технологических операциях.

Основой функционирования станции являются приборы измерения давления, плотности и расхода раствора, прокачиваемого через цементировочный манифольд. Электрические сигналы, несущие измерительную информацию от преобразователей расхода, плотности и давления, расположенных в линии цементировочного манифольда, поступают через вводную коробку и панель разъемов на блок режимов цементирования и блок регистраторов. Информация о наличии давления, плотности и расхода отображается на стрелочных показывающих приборах блока режима цементирования, а объем закаченного раствора на электронном и электромеханическом счетчиках. Дублирование показаний осуществлено с целью повышения надежности получаемых данных при ответственных технологических операциях, а также на случай кратковременного отключения питания. Вся измерительная информация регистрируется на диаграммных лента четырех приборов Н - 392, на боковом поле которых дополнительных регистрируется объем закачиваемого раствора. Три самопишущих прибора регистрируют на диаграммной ленте величины давления, расхода и плотность раствора, а четвертый - изменение давления при работе в режиме стоп. Все эти приборы имеют отметчик, фиксирующий закачку 1 м³ жидкости. В состав станции контроля включена система оперативного управления процессом: громкоговоритель и усилитель, выносные указатели, дублирующие показания прибора блоков регистрации, а также телефонную связь с оператором станции, находящимся в автомобиле - лаборатории, и прямой выход на громкоговорящую установку.

9. РАСЧЁТ ЦЕМЕНТНОЙ ОБОЛОЧКИ

Крепление скважины состоит из обсадной колонны и цементной оболочки, которая так же, как и колонна, должна рассчитываться на прочность. Для расчета необходимо знать напряженное состояние оболочки в различные периоды времени и иметь данные о механических свойствах цементного камня в эти периоды. Цементный камень в различные промежутки времени изменяет свои механические свойства, как правило, в сторону увеличения прочности. Условия напряжённого состояния обсадной колонны и цементной оболочки изменяются в различные периоды службы скважины. Так, в период ОЗЦ колонна испытывает избыточное внутреннее давление, а период освоения скважины - избыточное наружное давление.

Таблица 9

Исходные данные:

1. По формуле находим начальное давление у забоя скважины:

При z = L_эк = 2670

2. Устанавливаем виды работ, которые будут проводиться в скважине (определяем время, при котором будет происходить измерение давления в скважине, и подсчитываем это давление):

а) при цементировании давление в эксплуатационной колонне

б) через 2 суток убирается цементировочная головка, следовательно, отсутствует устьевое давление в колонне, тогда

в) через 5 суток с целью вызова притока нефти из пласта глинистый раствор заменяем на воду, при этом

г) через 8 суток с той же целью воду в эксплуатационной колонне заменяем на нефть:

д) через 10 суток снижаем уровень нефти в колонне (с целью освоения скважины):

3. Определяем снимаемые давления в колонне P_нс на рассматриваемые моменты времени:

где n - число суток;

на 2-е сутки

на 5-е сутки

на 8-е сутки

4. По формуле по результатам испытаний цементного камня через 2 суток находим пределы прочности на изгиб. Коэффициент з определяется по графику [5]:

через 5 суток

через 8 суток

через 10 суток

5. По формуле рассчитываем модули упругости оболочки:

через 2 суток

через 5 суток

через 8 суток

через 10 суток

6. Коэффициенты Пуассона µ₂ через 2, 5, 8, 10 суток:

7. Определяем отношение радиусов эксплуатационной колонны:

- отношение наружного радиуса к внутреннему радиусу обсадной колонны;

8. Рассчитываем отношение модулей материала труб и оболочки:

через 2-е сутки ,

через 5 суток ,

через 8 суток ,

через 10 суток .

9. По формуле (4) определяем коэффициенты k:

через 2 суток

через 5 суток

через 8 суток

через 10 суток

10. По графику находим коэффициент n через 2, 5, 8, 10 суток:

11. По формуле [5] рассчитываем запас прочности оболочки:

через 2 суток

через 5 суток

через 8 суток

через 10 суток

10. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАТЯЖЕНИЯ ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

После спуска и цементирования обсадной колонны производится обвязка устья скважины. Верхний конец обсадной колонны закрепляют в колонной головке при помощи клинового захвата.

Натяжение рассчитывают для вертикальных колонн, для наклонно-направленных скважин -- только для вертикального участка колонны.

В большинстве случаев для оборудования устья скважины обсадную колонну после цементирования разгружают, что приводит к сжатию колонны силой собственного веса. Разгрузка колонн, особенно в глубоких скважинах, может привести к нарушению прочности и герметичности труб. Наиболее рациональный способ оборудования устья скважины -- обвязка устья без разгрузки колонны, т. е. в растянутом состоянии.

На работу обсадной колонны в процессе освоения и эксплуатации в значительной степени влияет усилие, с которым была натянута колонна при обвязке устья скважины. Натяжение колонны следует производить с таким расчетом, чтобы дополнительные усилия, возникающие из-за изменения температуры и давления в колонне, ее приводили к искривлению колонны из-за потери устойчивости.

Для обеспечения необходимой прочности обсадной колонны величину натяжения следует учитывать при ее расчете. На первом этапе расчет колонн выполняют по изложенной выше методике .(расчет на растяжение, наружное и внутреннее избыточные давления), на втором этапе определяют усилие натяжения, необходимое .дли* удовлетворительной работы колонны. Если при полученной величине натяжения обсадные трубы не удовлетворяют условию прочности, то необходимо или применить более прочные трубы, или уменьшить собственный вес незацементированного участка колонны, увеличив высоту столба цементного раствора.

Определим натяжение для зацементированной обсадной колонны, жестко закрепленной у устья.

В общем случае, когда колонна подвержена в процессе эксплуатации изменению температуры и давления, усилие натяжения находят из условий

Обсадная колонна состоит из шести секций, трубы из стали группы прочности Д .

Натяжение колонны производят после разгрузки на забой.

Натяжение определим из выражения (5.3) Предварительно найдем среднюю площадь сечений труб и .

Площадь сечения труб получим из формулы:

F₁l₁+F₂l₂+F₃l₃+F₄l₄ 2210 • 54,2+540 • 49,6+170 • 45+ 30 • 43,2

F = ------------------ = ------------------------------------ = 53см²

l₁+ l₂+ l₃+ l₄ 2210 + 540 + 170 + 30

Средний внутренний диаметр d, соответствующий площади 53 см², равен 15,2 см.

Примем

l 2700

t₂ = t₁ + (t₀ + t₁) ---- = 15 + (73 - 15) --------= 72⁰C

L 2670

l 2700

t₄=t₃ + (t₀ + t₁) ---- = 15 + (75 - 12) --------= 67⁰C

L 2670

<t = (75 - 15) + (72 - 67)/2 = 32,5⁰С

больше Q. Следовательно,

Проверим прочность колонны, натянутой с усилием ,в процессе эксплуатации.

Для верхнего сечения трубы, расположенной у устья, прочность определим из выражения:

Тогда коэффициент запаса прочности, учитывая что будет равен:

.

т.е. составит достаточную величину.

Из второго условия:

Проверим условие прочности для верхней трубы четвёртой секции. Коэффициент запаса прочности из первого условия:

Из предыдущих вычислений:

тогда:

11. РАСЧЁТ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ НИЗА ОБСАДНОЙ КОЛОННЫ

Определение количества отверстий в башмачном патрубке производится из условий равенства площадей внутреннего сечения обсадных труб и площади отверстий в патрубке: