V^зп_цр = 3,14 / 4 ((0,2159 * 1,25)² - 0,146²) * 140 = 5,8 м³

Объем гельцементного раствора в затрубном пространстве определяется по формуле

V_гц = р / 4 [((Дс * Кк)² - Д²) * h^с _цр + (Дв² - Д²) * h^o _гц], (2.80)

где Дс - диаметр скважины, м ;

Д - наружный диаметр обсадной колонны, м;

Кк - коэффициент кавернозности, соответствующий интервала цементирования (см. табл. 1.1);

h^с _гц -высота столба гельцементного раствора в затрубном пространстве, в необсаженном стволе, м ;

Дв - внутренний диаметр предыдущей обсадной колонны, м ;

h^o _гц - высота столба гельцементного раствора в затрубном пространстве, в обсаженном стволе, м.

V_гц =3,14/4[((0,2159*1,25)²-0,146²)*2128+(0,2267²-0,146²)*159]=89,5 м³

Объем тампонажного стакана рассчитываем по формуле

V_cт = р / 4 * d_в² * h_cm, ( 2.81)

Где d_в - внутренний диаметр обсадной колонны, м ;

h_cm -высота цементного стакана, м;

V_cт = 3,14 / 4 * 0,1306² * 15 = 0,3 м³

Таким образом объем тампонажной смеси, который необходимо закачать, определим по формуле (2.74)

V_mc = (5,8 +0,3) + 89,5 = 95 м³

2. Количество составных компонентов.

Для чистого цементного раствора необходимо найти количество цемента и воды.

Расход цемента на 1 м³ раствора составит

(2.82)

где m - водоцементное отношение (m = 0,5) ;

г_цр - плотность цементного раствора, г/см ³;

Расход воды на 1 м³ раствора составит

(2.83)

где m - водоцементное отношение (m = 0,5);

g'_ц - расход цемента на 1 м ³ раствора, m/м ³;

Количество цемента требуемое для приготовления всего объема цементного раствора определяется по формуле

G'_Ц = V_цр*g'_ц * К, (2.84)

Где V_цр - объем тампонажного раствора, м³;

g'_ц - расход цемента на 1 м³ раствора, m/ м³;

К - коэффициент неизбежных потерь цемента при затворении, принимается равным 1,05.

G'_Ц = 4,95 * 1,22 * 1,05 = 7,4 m.

Количество воды требуемое для приготовления цементного раствора определяется по формуле

G'_в = m * G'_ц, (2.85)

где m - водоцементное отношение;

G'_в - количество цемента необходимое для приготовления всего цементного раствора, m.

G'_в = 0,5 * 7,4 = 3,7 m

Для гельцементного раствора необходимо найти количество воды, цементита и наполнителя (глинопорошка).

Расход цемента на 1 м³ гельцементного раствора составит

(2.86)

где M - водоцементное отношение ;

Б - глиноцементное отношение ;

г_гц - плотность гельцементной смеси, г/см ³;

Расход воды на 1 м³ гельцементного раствора составит

(2.87)

где M - водоцементное отношение;

g'_ц - расход цемента на 1 м ³ раствора, m/м ³;

Расход глинопорошка на 1 м³ раствора составит

g_н = Б * g_ц, (2.89)

где Б -глиноцементное отношение;

g_ц - расход цемента на 1 м³ раствора, m / м³.

g_н = 0,33 * 0,598 = 0,237 m / м³

Общее количество цемента для приготовления гельцементной смеси определяется по формуле

G_Ц = V _гц*g_ц * К, (2.90)

Где V _гц - объем гельцементного раствора, м³;

g'_ц - расход цемента на 1 м³ раствора, m/ м³;

К - коэффициент неизбежных потерь цемента при затворении, принимается равным 1,05.

G_Ц = 89,5 * 0,47 * 1,05 = 43,9 m

Количество воды требуемое для приготовления гельцементного раствора определяется по формуле

G_в = M * G_ц, (2.91)

где M - водоцементное отношение;

G_ц - количество цемента необходимое для приготовления гельцементного раствора, m.

G_в = 1,6 * 43,9 = 70,8 m

Количество наполнителя определяем по формуле

G_н = Б * G_ц (2.92)

Где Б - глиноцементное отношение;

G_ц - количество цемента необходимое для приготовления гельцементного раствора, m.

G_н =0,5 * 43,9 = 21,9 m

На весь объем цементирования скважины суммарное, количество цемента составит

?G_ц = G `_ц + G_ц, (2.93)

где G `_ц - количество цемента необходимого для приготовления чистого цементного раствора,m ;

G_ц - количество цемента необходимого для приготовления гельцементного раствора, m.

?G_ц = 7,4 + 43,9 = 51,3 m.

Суммарное количество сухого порошка (цемента и наполнителя) составит

?G = ?G_ц + G_н, (2.94)

где ?G_ц - общее количество цемента, необходимое для цементирования всей обсадной колонны,m;

G_н - количество наполнителя, m.

?G = 51,3 + 21,9 = 73,2 m.

в) тип и объем продавочной жидкости:

продавочная жидкость служит для вытеснения тампонажной смеси из обсадной колонны в затрубное пространство с помощью продавочной пробки. В качестве продавочной жидкости используют буровой раствор, объем которого определяется по формуле

, (2.95)

где di - внутренний диаметр соответствующей секции обсадной колонны, м;

l_i - длинна соответствующей секции обсадной колонны (без учёта высоты цементного стакана нижней секции ), м ;

K' - коэффициент, учитывающий сжатие пузырьков воздуха в продавочной жидкости и деформацию обсадной колонны ( К' = 1,03 ).

г) тип и объем буферной жидкости:

буферная жидкость закачивается в обсадную колонну перед тампонажной смесью и выполняет следующие функции:

1. отделяет в затрубном пространстве тампонажный раствор от вышерасположенного бурового раствора, что препятствует их смешиванию ;

2. очищает стенки скважины от глинистой корки, что в дальнейшее улучшает контакт цементного камня с породой;

3. облегчает процесс вытеснения бурового раствора, обеспечивая тем самым большую степень замещения бурового раствора цементным.

В качестве буферной жидкости используем двухпроцентный водный раствор триполифосфата натрия (ТПФН), удельный вес буферной жидкости составляет 1г/см³.

Объем буферной жидкости должен обеспечить выполнение вышеперечисленных функций. Установлено, что минимально необходимая высота столба буферной жидкости должна составлять ориентировочно 100 м на каждые 1000 м цементируемого интервала.

Тогда минимальный объем буферной жидкости составит

V_бж^мин = р/4((Д_с * Кк)²-Д²) * h_бж^мин, (2.96)

Где Дс- диаметр скважины, м ;

Д - наружный диаметр обсадной колонны, м;

Кк - коэффициент кавернозности, соответствующий интервала цементирования (см. табл. 1.1);

h^мин _бж -минимально необходимая высота столба буферной жидкости в затрубном пространстве, м;

V_бж^мин =3,14 / 4*((0,2159*1,25)² - 0,146²)*368/100 = 0,95 м³

Так как г_бр > г_бж, то с увеличением столба буферной жидкости снижается гидростатическое давление и может произойти выброс. Поэтому находим максимальное количество закачиваемой в скважину буферной жидкости из условия отсутствия выброса по формуле

V_бж^макс = р/4((Д_с * Кк)²-Д²) * h_бж^макс, (2.97)

Где Дс- диаметр скважины, м ;

Д - наружный диаметр обсадной колонны, м;

Кк - коэффициент кавернозности, соответствующий интервалу цементирования (см. табл. 1.1);

h^макс _бж -максимальная высота столба буферной жидкости в затрубном пространстве, м;

Максимальную высоту столба буферной жидкости в затрубном пространстве находим по формуле

 (2.98)

где L - глубина скважины, м ;

Р_пл - пластовое давление, Мпа ;

г_бр - плотность бурового раствора, г/см³ ;

г_бж - плотность буферной жидкости, г/см³;

По формуле (2.97)

V_бж^макс = 3,14 / 4*((0,2159 * 1,25)²-0,146²) * 5200 = 210 м³

Номинальный объем буферной жидкости должен находится в пределах между минимальным и максимальном значением

V_бж^мин < V_бж < V_бж^макс, (2.99)

Ориентировочно номинальный объем буферной жидкости может быть найден из выражения

V_бж = 0,2 * (V_сm+V_пж), (2.100)

где V_сm - объем тампонажной смеси, м³ ;

V_пж - объем продавочной жидкости, м³_;

V_бж = 0,2 * (41,3+95) = 27,26 м³

Таким образом, так как условие (2.99) выполняется, то принимаем объем буферной жидкости равным 29,81 м³.

Тип и количество цементировочной техники.

При цементировании обсадных колонн в качестве основных технических средств используется: цементировочные агрегаты, предназначенные для доставки тампонажной смеси в затрубное пространство, и смесительные машины для её приготовления. В качестве дополнительных могут использоваться : станция контроля цементирования (СКЦ), блок манифольдов (БМ), осреднительная ёмкость.

Тип цементировочных агрегатов.

Цементировочный агрегат должен обеспечивать следующее давление

Р_ца ? Р_цг / 0,8 (2.101)

Где Р_ца - давление развиваемое цементировочным агрегатом, МПа ;

Р_цг -максимальное давление на цементировочной головке, МПа;

Максимальное давление на цементировочной головке можно записать в виде выражения

Р_цг = ?Р_гц + Р_гд + Р_сm, (2.102)

Где ?Р_гц - гидростатическое давление возникающее из-за разностей плотности жидкости внутри колонны и в затрубном пространстве, МПа ;

Р_гд - давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений при движении жидкости внутри колонны и в затрубном пространстве, МПа;

Р_cm - дополнительное давление возникающее при посадке продавочной пробки на кольцо “стоп” (Р_cm = 2,5 МПа).

Разность давлений от составного столба жидкости за колонной Р_гс^зп и внутри колонны Р_гс^тр равна гидростатическому давлению ?Р_гц и определяется по формуле

?Р_гц = Р_гс^зп - Р_гс^тр = 0,01 (L - h_бр - h_cm) * (г_тс - г_бр), (2.103)

где L - глубина скважины (по вертикали ), м;

h_бр- расстояние от устья скважины до уровня цементного раствора за колонной (по вертикали ), м ;

h_сm - высота цементного стакана, м ;

г_mc - плотность тампонажной смеси, г/см³ ;

г_бр - плотность бурового раствора, г/см³;

?Р_гц = 0,01* (2498-600-50)* (1,83 - 1,12) = 13,12 МПа

Схема расположения уровней жидкостей в конце продавки тампонажной смеси представлена на рис. 4.

где L - глубина скважины, м;

h_бр - расстояние от устья скважины до уровня цементного раствора за колонной (по вертикали ), м ;

h_сm - высота цементного стакана, м ;

г_mc - плотность тампонажной смеси, г/см³ ;

г_бр - плотность бурового раствора, г/см³;

Рис. 4. Схема расположения уровней жидкостей в конце продавки тампонажной смеси.

г_пж - плотность продавочной жидкости, г/см³;

Гидродинамические сопротивления Р_гд определяются суммой сопротивлений при движении жидкости внутри колонны и в затрубном пространстве, по формуле

Р_гд = Р_гд^тр + Р_гд^зп, (2.104)

Где Р_гд^тр - гидродинамические сопротивления при движении жидкости внутри обсадной колонны, МПа;

Р_гд^зп - гидродинамические сопротивления при движении жидкости в затрубном пространстве, МПа;

По формуле Дарси-Вейсбаха

Р_гд^тр = 0,01 * л_mр * г_mp * н_mp² / 2g* L / d, (2.105)

Р_гд^зп = 0,01 * л_зп * г_зп * н_зп² / 2g* L / ((Д_с* к)-Д), (2.106)

где л_mр и л_зп - соответственно коэффициенты гидравлических сопротивлений в трубах и затрубном пространстве (л_mр =0,02; л_зп = 0,035);

н_mp и н_зп - соответственно скорости движения жидкости внутри труб и в затрубном пространстве (н_mp = н_зп* S_зп / S_тр); н_зп = 1,5 м/с), м/с;

S_зп и S_тр - соответственно площади затрубного пространства и внутренней полости труб, м² ;

d, Д_с, Д - соответственно диаметры: внутренний обсадной колонны, скважины и наружный обсадной колонны, м ;

g - ускорение свободного падения, м/с² ;

Р_гд^тр = 0,01 * 0,02 * 1,12 * 2,23² / 2*9,8* 2968 / 0,131 = 1,4 МПа

Р_гд^зп = 0,01*0,035*1,54*1,15²/2*9,8*2968/((0,2159*1,25)-0,146)=0,91МПа

По формуле (2.104) получим

Р_гд = 1,4 + 0,91 =2,31 МПа

Таким образом по формуле (2.102) можем определить максимальное давление на цементировочной головке

Р_цг = 17,75 + 2,31 = 20,06 МПа

Необходимое давление цементировочного агрегата определяем по формуле (2.101)

Р_ца ? 20,06 / 0,8 =25 МПа

Такое давление обеспечить цементировочный агрегат типа 5ЦА-320 М, который имеет следующие характеристики

Приводная мощность, кВт................................. 176

Максимальное давление, МПа............................ 32,0

Максимальная подача, л/с................................. 23,5

Гидравлическая мощность, кВт......................... 105

Габариты агрегата на раме (5ЦА-320), мм:

длина......................................................... 6680

ширина...................................................... 2650

Шифр.............................................................………6УС-20

Двигатель......................................................…….. ЯМЗ-238

Максимальная мощность двигателя при

частоте вращения вала двигателя 2100 об/мин, кВт..... 176

вращения вала двигателя 1500 об/мин, Н-м...………… 295

Эксплуатационная мощность при частоте

вращения вала двигателя 1800 об/мин, кВт......... …….128

Количество цементировочных агрегатов.

Количество цементировочных агрегатов должно обеспечить необходимую производительность закачки и продавки тампонажной смеси. В свою очередь необходимая производительность цементирования задаётся из двух частей:

1. из условия создания необходимой скорости восходящего потока в затрубном пространстве ;

2. из условия заданного времени цементирования.

Руководящие документы рекомендуют при цементировании обсадных колонн скорость восходящего потока равную 1,8 ….. 2,0 м/с.

Чтобы обеспечить рекомендуемую скорость, суммарная производительность цементировочных агрегатов должна составлять

?Q = S_зп * н_вn, (2.107)

где S_зп - площадь затрубного пространства, м² ;

н_вn -скорость восходящего потока в затрубном пространстве, м/с.

?Q = 0,045*1,9 =0,086 м³ /с

Требуемое число агрегатов составит

(2.108)

где ?Q - суммарная производительность насосных агрегатов, м³/с ;

g⁴ - производительность одного агрегата на 4 скорости при диаметре втулок обеспечивающих необходимое давление, м³/с ;

1- резервный агрегат.

Принимаем число цементировочных агрегатов n_ца = 9. Исходя из условия заданого времени цементирования, найдем потребную суммарную производительность цементировочных агрегатов по формуле

(2.109)

где V_mc - объем тампонажной смеси, м ³ ;

V_пж - объем продавочной жидкости, м³;

Т^нач_схв - время от затворения тампонажной смеси до начала её схватывания (для цемента ПТЦ - ДО - 100 Т^нач_схв = 6300с), с;

Т_доп - дополнительное время необходимое для вывода смесительной машины на рабочий режим и освобождение верхней продавочной пробки (Т_доп = 900 с), с;

По формуле (2.108) получим

Принимаем число цементировочных агрегатов n_ца = 5. Окончательное число цементировочных агрегатов принимается по наибольшему из полученных значений, то есть n_ца = 9.

Выбор смесительных машин.

Смесительные машины (агрегаты) предназначены для приготовления тампонажной смеси путём смешивания жидкости затворения и твёрдой фазы, транспортировки сухого порошка, а также могут быть использованы для приготовления глинистого раствора.

Принимаем цементно-смесительную машину типа УС6-30, которая имеет следующие характеристики:

1. вместимость бункера по сухому цементу, m 30

2. транспортная грузоподъемность, m 15…20

По производительности смесительная машина УС6-30 может обеспечить работу двух цементировочных агрегатов, то есть

(2.110)

где n_ца - число цементировочных агрегатов.

Принимаем число смесительных машин n_см = 4.

По количеству необходимого сухого порошка, затариваемого в смесительные машины, их количество определяется по формуле

n_см = ?G/G₁, (2.111)

где ?G - суммарное количество сухого порошка, необходимого для проведения цементирования.

G₁ -грузоподъемность одной смесительной машины, m.

n_см = 73,2 / 18 = 4,1

Принимаем n_см = 5. Таким образом, необходимое число смесительных машин составляет 5 машин.

Режимы закачки и продавки тампонажной смеси.

В процессе цементирования в разные периоды времени давление, необходимое для прокачки жидкостей, не остается постоянным. Отсюда возникает задача расчета давлений на цементировочной головке для различных этапов цементирования и подбора скоростей развиваемых агрегатом давления, то есть подбора скоростей работы агрегата на различных этапах.

Этапы цементирования показаны на рис.5.

а) б) в)

Рис. 5. Этапы цементирования скважины: а- момент непосредственно перед закачкой тампонажной смеси ; б- обсадная колонна полностью закачена тампонажной смесью (так как объем внутренней полости обсадной колонны меньше объема тампонажной смеси); в - конец продавки тампонажной смеси.

Работу цементировочных агрегатов можно определить, построив график давлений на цементировочной головке в реальных значениях.

Так как объем тампонажной смеси больше внутреннего объема колонны, то на графике выделяют 3 точки А, Б, В, значения которые определяются в координатах “давление - объем ”. Точка А соответствует началу закачки тампонажной смеси (см. рис. 5. а). Координата “давление ” будет соответствовать гидродинамическим сопротивлениям, то есть Р_цг^А = Р_гд = 2,01 Мпа, объем равен нулю.

Точка Б означает, обсадная колонна заполнена тампонажной смесью полностью (см. рис. 5. б), следовательно объем в этой точке равен объему внутреннего пространства обсадной колонны (V_ок = 38,8 м³). Давление в точке Б определяется по формуле

Р_цг^Б = Р_гд - ?Р_гс = Р_гд - [0,01*?h(г_mc- г_бр)], (2.112)

Где Р_гд - гидродинамическое давление, МПа ;

?Р_гс -гидростатическое давление, МПа;

?h - высота столба тампонажной смеси в обсадной колонне, (?h = 2700 м);

г_mc - плотность тампонажной смеси, г/см³;

г_бр - плотность бурового раствора, г/см³;

Р_цг^Б = 2,01 - [0,01*2498(1,83-1,12)] = 12,7 Мпа

В точке В процесс закачки продавочной жидкости заканчивается (см. рис. 5. в). Объем для этой точки равен сумме объемов тампонажной смеси и всей продавочной жидкости

V_в = V_mc + V_пж = 95+43,1 =136,3 м³

Давление для точки В соответствует максимальному давлению в конце продавки тампонажной смеси (буз учёта давления для получения сигнала “стоп”)

Р_цг^В = Р_гд - ?Р_гс

Где Р_гд - гидродинамическое давление, МПа ;

?Р_гс -гидростатическое давление, МПа;

Р_цг^В = 2,01 + 17,22 = 19,23 Мпа

График изменения давления на цементировочной головке в процессе цементирования показан на рис. 6.

Давление на различных скоростях выбирается при таком диаметре втулок, при котором давление развиваемое агрегатом на низкой передаче, превышает максимальное на цементировочной головке.

Рис. 6. Изменения давления на цементировочной головке в процессе цементирования.

Выбираем диаметр втулок равный 125 мм. В этом случае цементировочный агрегат тапа 5ЦА-320М развивает подачу и давление на различных скоростях, приведенные в таб. 2.10.

Таблица 2.10. Подача и давление развиваемое цементировочным агрегатом 5ЦА-320М при диаметре втулок 125 мм.

Скорость агрегата	Подача, л/с	Давление, МПа
1	2,3	24
2	4,3	19
3	8,1	10
4	14,5	6

Из графика изображённого на рис. 6., видно что на 4 скорости можно закачать 110 м³ жидкости. Затем на 3 скорости можно закачать ещё 10 м³ жидкости, а на 2 скорости можно закачать 28 м³ жидкости. Но так как последние 2 % от общего объема жидкости должны закачиваться одним агрегатом и на нижней передаче, то на 2 скорости закачиваем 28,27 м³, а оставшиеся 0,782 м³ жидкости закачиваем на 1 скорости одним агрегатом.

Время работы цементировочных агрегатов складывается из времени закачки буферной жидкости, тампонажной смеси и продавочной жидкости. Число агрегатов для закачки буферной жидкости определяется по формуле

(2.113)

где V_бж - объем буферной жидкости, м³ ;

V_мб - объем мерного бака агрегата, м³;

Принимаем число агрегатов для закачки буферной жидкости n_бж= 5.

Время закачки буферной жидкости определяется по формуле

 (2.114)

где V_бж- объем буферной жидкости, м³;

g⁴ - производительность агрегатов на 4 скорости, м³/с;

n³_бж -число цементировочных агрегатов.

Время закачки тампонажной смеси определяется по формуле

(2.115)

где V_mc⁴ - объем тампонажной смеси закачиваемой на 4-й скорости агрегата, м³;

V_mc³ - объем тампонажной смеси закачиваемой на 3-й скорости агрегата, м³;

V_цр³ - объем чистого цементного раствора, закачиваемого на 3-й скорости агрегата, м³;

V_цр² - объем чистого цементного раствора, закачиваемого на 2-й скорости агрегата, м³;

g⁴, g³,g² -соответственно производительность агрегата на соответствующей скорости, м³/с;

n_ца⁴, n_ца³,n_ца² -соответственно число агрегатов используемых для закачки жидкости на различных скоростях.

Время закачки продавочной жидкости определяется по формуле

 (2.116)

где V_пж² - объем продавочной жидкости, закачиваемой на 2-й скорости агрегата, м³;

V_пж¹ - объем продавочной жидкости, закачиваемой на 1-й скорости агрегата, м³;

g²,g¹ -соответственно производительность агрегата на соответствующей скорости, м³/с ;

n_ца² - число агрегатов используемых для закачки продавочной жидкости.

Общее время на закачку продавочной жидкости и тампонажной жидкости составит

?Т = 22 + 25 + 6,85 = 55 мин

Что меньше времени начала схватывания которое составляет 1 час 20 мин, следовательно технологический режим цементирования выбран правильно.

Результаты расчётов приведены в таб. 2.11.

Таблица 2.11. Режимы работы цементировочных агрегатов.

Вид жидкости	Объем, м3	Число агрегатов	Скорость агрегата	Время закачки, мин
Буферная	27,26	5	4	6,82
Тампонажная	95	8	4	15
Тампонажная	5,8	1	3	10
Продавочная	10,83	8	3	2,7
Продавочная	28,27	8	2	13,7
Продавочная	0,782	1	1	5,6
?Ттс				25
?Тпж				22
?Ттс + ?Тпж				55

Организация процесса цементирования

Необходимые материалы должны быть доставлены на буровую заблаговременно, тампонажная смесь загружена в бункеры смесительных машин.

До начала цементирования насосы и смесительные машины, которые будут участвовать в операции, соединяются с устьем скважины системой тpyбoпроводов. Чтобы ускорить обвязку оборудования, используют специальный передвижной блок манифольда, на котором имеется два коллектора напорный и раздаточный для присоединения линий от насосов и комплект труб с быстросъемными соединениями. Блок манифольда устанавливают возможно ближе к устью скважины и соединяют с цементирующей головкой двумя линиями гибких металлических рукавов. Перед началом цементирования руководитель операции проводит инструктаж всех ее участников называет объемы тампонажного раствора и продавочной жидкости, которые должны быть закачаны каждым из агрегатов, указывает режим работы агрегатов и смесительных машин, последовательность ввода их в pa6oтy, выделяет возможные трудности при цементировании и т. д.

Для контроля плотности, расхода и давления жидкости в напорном коллекторе, а также суммарною объема закачанной жидкости используют станцию СКЦ-9 так как на обсадной колонне установлен номер, то сразу же после окончания закачки продавочной жидкости пакеруют заколонное пространство, а затем плавно стравливают избыточное давление в цементировочной головке и контролируют вытекание жидкости из нее: при герметичности обратных клапанов вытекание, обусловленное упругими свойствами системы быстро прекращается. Если вытекание не прекращается, вытесненную жидкость вновь закачивают в колонну и создав избыточное давление в 2-3 МПа. закрывают кран на головке. Колонну с негерметичными клапанами оставляют в покое для твердения тампонажного раствора всегда с закрытыми кранами на головке. Схема обвязки оборудования представлена на рис. 7.

2.13 Технология спуска обсадных колонн и цементирование

На трубной базе трубы осматривают для выявления дефектов и соответствия их маркировки и паспортных данных проектным расчетам Для проверки применяют калибры, через нижнюю муфту пропускают жесткий шаблон. Трубы для эксплуатационной колонны должны до спуска в скважину подвергнуться гидроиспытанию (опрессовке водой) с выдержкой не менее 30 секунд под давлением большим, чем 5% Рвн, на которое рассчитана колонна.

Пригодные трубы завозят на буровую за несколько дней до спуска колонны. Кроме труб завозят также устройства, предназначенные для более эффективного цементирования колонны, идущие под общим названием - оснастка обсадных колонн. К оснастке относятся устройства, включаемые в компоновку с целью предупреждения аварий и осложнений при спуске и последующем цементировании скважины, а также для создания благоприятных условий заполнения кольцевого пространства цементным раствором, надежной изоляции пластов и последующей успешной эксплуатации скважины.

Все обсадные трубы, предназначенные для крепления скважины, необходимо на буровой подвергать общему осмотру. На наружной поверхности труб не должно быть вмятин, раковин, трещин и других повреждений. Кривизна трубы (стрела прогиба) измеряется на середине трубы. Она не должна превышать 1/200 длины трубы. Трубы по внутреннему диаметру муфты следует проверять гладким калибром. Ширина пластинчатого щупа, применяемого для этой цели, должна быть не более 5 мм.



Рис.7 Схема обвязки оборудования при цементировании: 1 - цементно-смесительная машина УС6-30; 2 - цементировочный агрегат ЦА-320; 3 - блок манифольда 1БМ-700; 4 - станция контроля цементирования СКЦ; 5 - цементировочная головка; 6 - водяная скважина.

Допускаемое отклонение от номинальных размеров резьбы по конусности (отклонение от разности двух диаметров по длине резьбы 100 мм) не должно превышать для муфты +0,22; -0,36. резьбы труб и муфт, а также подготовленные под сварку концы труб должны быть гладкими, без заусенцев и других дефектов. Натяг резьбы необходимо проверять у каждой трубы и муфты резьбовым калибром -- кольцом и калибром-пробкой. Соответствие d_вн трубы номинальному необходимо проверять с помощью жесткого цилиндрического шаблона. Для обсадных труб диаметром 114-219 мм длина шаблона 150 мм, а диаметр равен d_вн³.

Результаты выполненного комплекса работ по подготовке обсадных труб оформляются соответствующим актом, в котором указывается число отбракованных труб, их общая длина и причина отбраковки.

Для надежности герметичности резьбовых соединений обсадных труб применяют смазку Р-402, которая работает при отрицательных температурах (-80ч-30°С).

Для резьбовых соединений, работающих в условиях высоких температур (до 200°С) - лента ФУМ.

Проработка и калибровка отвода скважины.

Для обеспечения спуска обсадных колонн до требуемых глубин производят проработку и калибровку пробуренного ствола. Проработка производится тем же способом и той же компоновкой, которую применяли при бурении последнего интервала скважины. При этом используемое долото не должно иметь гидромониторных насадок. Проработку скважины следует проводить при непрерывной и равномерной подаче долота с механической скоростью, не превышающей 40 м/с, и режимом промывки, обеспечивающим такую же скорость восходящего потока, что и при бурении данного интервала.

Спуск обсадной колонны.

Нижнюю часть колонны заблаговременно оснащают обратным клапаном, а во время спуска всеми другими составляющими, которые входят в состав компоновки. Для предотвращения расслабления муфтового соединения кондуктора от последующего воздействия на него бурильной колонны первые 5- 10 труб от башмака после закрепления их машинным ключом, приваривают. Каждую подготовленную к спуску трубу повторно замеряют, проверяют шаблоном и согласно очередности подают в скважину с предохранительным кольцом, которое снимают после подготовки трубы к свинчиванию. Перед свинчиванием на резьбу наносят соответствующую смазку, для обеспечения герметичности резьбовых соединений. Резьбовое соединение труб необходимо докрепить машинными ключами, с контролем вращающего момента свинчивания, манометром. Резьбовое соединение считают удовлетворительно свинченным, если торец муфты будет совпадать с последней риской на трубе. Для спуска обсадных труб используют обычные элеваторы, соответствующей грузоподъемности. По окончании спуска колонны, скважину промывают. При этом определяют окончательную длину спускаемой колонны, производят подготовку к ее цементированию. После подготовки прокачивают первую порцию цементного раствора, с разделительными пробками, продавочной жидкостью.

2.14 Освоение скважины

Основным способом вызова притока жидкости из пласта принимаем замену солевого раствора на воду с последующим снижением уровня в скважине закачкой инертного выхлопного газа дизель-мотора модернизированного компрессора СД9 / 101.

Данный способ позволяет создавать расчетную депрессию на пласт с наименьшей погрешностью, исключает самовоспламенение в условиях нефтяных и газовых скважин, может быть применён в любых геолого-технических условиях.

Модернизация компрессора СД 9 / 101 производится по разработанным СевКазНИПИгаз чертежам на Краснодарском АО “Компрессорный завод”.

В модернизированном компрессоре выхлопные газы очищаются в четырёх последовательно работающих сепараторах от сажи, кокса, оксидов углерода и в термоэкранном трубопроводе охлаждаются до приемлемой для первой ступени компрессора температуры (50 ^оС). Очищенные выхлопные газы попадают в приёмную трубу компрессора и закачиваются в скважину.

Всё дополнительное оборудование по очистке выхлопных газов смонтировано на шасси серийно выпускаемого компрессора СД 9/101.

Для вызова притока закачкой очищенных отработанных газов компрессора в скважину спускают НКТ диаметром 60,3 мм. Глубина спуска НКТ - на 10м выше интервала перфорации.

Величина депрессии на данном месторождении составляет 14МПа. Для обеспечения депрессии на колонне НКТ устанавливаются пусковые муфты на глубинах 800, 1100, 1400 м. С диаметрами отверстий соответственно 1,5 ; 2 ; 3 мм после спуска НКТ на устье скважины устанавливается и опресовывается фонтанная арматура, производится замена солевого раствора на воду.

При получении фонтанного притока жидкости скважина отрабатывается через штуцер до полной очистки призабойной зоны от механических примесей и воды.

Для нефонтанирующих скважин предусматривается 5 циклов снижения уровня жидкости и очистки забоя скважины от механических примесей и воды.

2.15 Проектирование и обоснование буровой установки

При выборе буровой установки необходимо руководствоваться геологическими, климатическими, энергетическими, дорожно-транспортными и другими условиями.

В связи с тем, что современные буровые установки - экономические системы, включающие все основные и вспомогательные агрегаты, механизмы и сооружения, которые необходимы для строительства скважины. Поэтому выбор буровой установки производим по ее номинальной грузоподъемности (G), обуславливающей массу в воздухе наиболее тяжелой колонны бурильной или обсадной. Эксплуатационная характеристика бурового оборудования и конструкция закладывается в комплект буровой установки таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия при бурении скважины определенной глубины, установками соответствующего класса.

Максимальную расчетную нагрузку действующую на крюке, определим по формуле:

Р=С*Н*Q, (2.117)

Где Q - масса наиболее тяжелой колонны в воздухе, МН;

Н - коэффициент учитывающий нарастание массы за счет силы трения колонны о стенки скважины при ее подъеме, он увеличивается с глубиной и равен 1,1-1,8.

С - коэффициент учитывающий потерю массы колонны в промывочной жидкости, найдем по формуле:

С=1-(г_бр/г_м), (2.118)

Где г_бр- плотность бурового раствора, г/см³;

г_м- плотность материала, г/см³;

С=1-1,12/7,85=0,856

Масса наиболее тяжелой колонны равна, 0,60 МН. По формуле получаем

Р=0,60*1,12*0,856=0,58 МН.

Для бурения проектируемой скважины глубиной 2498(2968)м и с максимальной нагрузкой на крюке 0,58 МН, принимаем буровую установку БУ-3000ЭУК, с допускаемой нагрузкой на крюке 1,7 МН. Район работ находится вблизи от промышленных линий электропередач. БУ-3000ЭУК предназначена для кустового бурения.

Техническая характеристика БУ «Уралмаш»-3000ЭУК приведена в таблице 2.12

Таблица 2.12.

№	Наименование параметра	Значение параметров
1	Допустимая нагрузка на крюке, кН	2000
2	Условный диапазон глубин бурения, м	2000-3200
3	Наибольшая оснастка талевой системы	5*6
4	Диаметр талевого каната, мм	28,32
5	Скорость подъема крюка при расхаживании обсадных колони ликвидации аварий, м/с	0,1-0,2
6	Скорость установившегося движения при подъеме Ненагруженного элеватора, м/с	1,5
7	Мощность на приводном валу подъемного агрегата, кВт	550-670
8	Проходной диаметр стола ротора, мм	560
9	Мощность на приводном валу ротора, кВт	370
10	Допускаемая статистическая нагрузка на стол ротора, кН	3200
11	Момент передаваемый столом ротора, кН	50
12	Число основных буровых насосов	2
13	Мощность приводов насосов, кВт	600
14	Наибольшее давление на выходе насоса(манифольде),МПа
15	Номинальная длинна свечи, м	25

Буровая установка БУ-3000 ЭУК комплектуется следующим оборудованием:

1. Вертлюг УВ-250

* длина с переводником, мм 2850

* ширина, мм 1090

* масса, кг 2300

* статическая грузоподъемность, Тс 250

* диаметр отверстия в стволе, мм 100

* наибольшая скорость вращения, об/мин 200

* допускаемое давление прокачиваемой жидкости, атм 250

* полезный объем, м³ 120

2. Ротор Р-560

* нагрузка на стол ротора: максимальная, кН 3700 минимальная, кН 1300

* максимальная передаваемая мощность, кВт 367,5

* диаметр проходного отверстия в столе ротора, мм 560

* масса, кг 5800

3. Лебедка У-2-2-11

* расчетная мощность на приводном валу, кВт 662,4

* число скоростей намотки барабана 6

* натяжение каната, максимальное, кН 210

* число скоростей передаваемых на ротор:

* прямого хода 3

* заднего хода 7

* масса, т 21,3

4. Насос У8-61МА

* мощность, кВт 500-585

* число цилиндров 2

* число камер 2

* число двойных ходов поршня в минуту 65

* подача насоса, дм³ /с: наибольшая 50,9

наименьшая 18,9

* давление нагнетания, МП а: наибольшее 25

наименьшее 10

* частота вращения трансмиссионного вала, об/мин 325

* диаметр штока, мм 70

* масса, т 26,76

5. Вышка BA-41x170

* тип вышки А-образная

* расстояние между опор, м 9,2

* поперечная высота вышки от пола основания до нижней плоскости кронблочных балок, м 41

* полная высота вышки, м 47

6. Кронблок УКБА-6-250

* грузоподъемность, т 250

* максимальное натяжение подвижной ветви талевого блока, кН 247

* число канатных штивов, шт 6 * диаметр штивов по дну канавки, мм 1140

* масса, т 5,8

7. Талевый блок УТБА-5-200

* грузоподъемность, т 200

* число канатных штивов, шт 5

* диаметр по дну желоба, мм 1140

* наружный диаметр, мм 1250

* расположение блоков соосное

* число осей для установки блоков 2

* масса, т 4,4

8. Вспомогательное оборудование

* ПКР-560;

* АКБ-ЗМ2;

*УМК;

*ПБК;

9. Для приготовления глинистого раствора применяется БПР состоящий:

* гидравлические перемешиватели (ПГ)

* механические перемешиватели (МП)

* гидравлический диспергатор (ДГ-1)

* 3^х ступенчатая система очистки бурового раствора (вибросита ВС-1, песко-, илоотделитель ИГ-45).

Для дегазации бурового раствора применяют ДВМ-2. Скорость подъема и грузоподъемность лебедки У-2-2-11 для расчета количества свечей, поднимаемых на каждой скорости приведены в таблице 2.13.

Таблица 2.13.

Скорости	Оснастка 4х5
	Скорость подъема, м/с	Грузоподъемность, Тс
I	0,29	140
II	0,54	92
III
IV	0,76	65
V	1,42	33
VI

Расчет количества свечей поднимаемых на каждой скорости:

N₁ = 140/0,4125=339 свечей

N₂ = 42/0,4125=223 свечей

N₃ = ----

N₄ = 65/0,4125=158 свечей

N₅ = 33/0,4125=80 свечей

N₆ = ----

Определим оснастку талевой системы, то есть осуществим проверку правильности выбора оснастки, исходя из условия, что минимальное натяжение талевого каната для БУ 3000 ЭУК равно 21т:

P_x =P₁* в^m*((в-1)/(в^m-1)),

где Р - коэффициент сопротивления одного шкива, в = 1,02-1,03;

m - число струн талевого каната, на которых подвешен талевый блок, m=10;

P₁ - минимальная масса поднимаемая буровой лебедкой.

P_l = P + P_в + Р_кр + Р_т,

где Р, Р_в, Р_кр, Р_т - вес колонны, вертлюга, крюка, талевого блока, т.

P₁ = 60+2,3+1,27+4,4 = 67,97 т.

При оснастке талевой системы 5х6, m=10

P_x^5x6= 67,97*1,02¹⁰*((1,02-l)/(l,02¹⁰-l)) = 7,6<21 т.

При оснастке талевой системы 4х5, m=8

P_x^4x5= 67,97*1,02⁸*((1,02-l)/(l,02⁸-l)) = 9,3<21 т. Следовательно, исходя из условия максимальной прочности и натяжения каната, принимаем оснастку талевой системы 4х5.

3. Вспомогательные цеха и службы

3.1 Ремонтная база

Основной задачей ремонтной базы управления буровых работ является предупреждение последствий износа бурового оборудования и инструмента, их восстановление и профилактическое обслуживание. На ремонтной базе, находящейся непосредственно на месторождении, производится только текущий и средний ремонт, капитальный ремонт бурового оборудования производится в г. Мегион.

Организационная структура механических мастерских приведена на схеме 1.

Схема 1. Организационная структура механических мастерских

В механических мастерских занимаются непосредственно ремонтом основных частей и деталей механизмов, необходимых в производственном процессе.

В механических мастерских имеются 4 цеха: механически, турбинный, сварочный и электроцех.

Механический цех имеет всевозможные стойки и оборудование для среднего ремонта вышедшего из строя оборудования. Турбинный цех занимается восстановлением турбобуров и шпинделей, электроцех - всеми электродвигателями и электроустановками.

Ремонт оборудования можно разделить на 3 этапа:

* Мелкий ремонт, неполадка устраняется силами слесаря и буровой бригады;

* Средний ремонт, производится в механических мастерских;

* Капитальный ремонт, оборудование отправляется на завод-изготовитель или главную ремонтную базу.

Для поддержания оборудования в постоянной технической исправности и эксплуатационной готовности, а также с целью предупреждения аварий и поломок, должна осуществляться система технического обслуживания. Межремонтное техническое обслуживание бурового и эксплуатационного оборудования подразделяется на два типа:

* Ежедневное техническое обслуживание, выполняемое один раз в сутки;

* Периодическое техническое обслуживание, выполняемое после отработки машиной определенного числа часов и дней. Ежедневное техническое обслуживание:

1. очистка узлов от наружной грязи;

2. проверка и устранение дефектов смазочных устройств;

3. осмотр состояния и подтяжка ослабленных наружных болтовых соединений;

4. проверка действия контрольных приборов;

5. проверка состояния резьбовых соединений наиболее ответственных узлов и деталей;

6. проверка пусковых и тормозящих узлов;

7. проверка состояния щитов ограждения;

8. проверка состояния и натяжения ремней, тросов, цепей;

9. смазка (в соответствии с картой смазки).

Периодическое техническое обслуживание:

1. проведение операций ежегодного обслуживания;

2. мойка наружных узлов и деталей;

3. проверка регулировок отдельных узлов и деталей;

4. проверка техсостояния отдельных узлов и деталей;

5. проверка воздушных систем на герметичность;

6. проверка действия гидравлических систем;

7. смазка и смена масла.

Срок службы оборудования определяется в годах календарного времени и находится в тесной зависимости от норм амортизационных отчислений. По мере эксплуатации и ремонта для каждого оборудования наступает такой момент, когда в результате физического износа его эксплуатация и ремонт становятся механически невозможны.

Согласно нормам амортизационных отчислений по основным фондам народного хозяйства Российской Федерации на все основные виды оборудования для глубокого бурения на нефть и газ, норма на полное восстановление установлена в размере 16,2%. Исходя из этого, срок службы для данного оборудования будет единым и равен шести годам. Число капитальных ремонтов до списания оборудования определяется с учетом величины межремонтного цикла, коэффициента использования оборудования по календарному времени, а также срока службы оборудования.

Правильное планирование, подготовка и организация ремонта и техобслуживания необходимы для обеспечения бесперебойной работы оборудования и способствуют повышению его долговечности.

3.2 Энергетическая база и энергоснабжение

В связи с тем, что Ватинское месторождение эксплуатируется довольно долго, на нем имеется государственная ЛЭП, от которой производится энергоснабжение всех буровых. Непосредственно на буровой имеется понижающий трансформатор 110/6-кВт. Напряжение 6 кВт подается на буровую по ЛЭП мощностью 6 кВт и далее по кабелю на энергосистему, буровой установки. На технические нужды при бурении проектной скважины необходимо затратить электроэнергии:

190*2968 = 563920 кВт,

где 190 кВт/м - норма расхода электроэнергии на один метр проходки при эксплуатационном бурении;

2968 - глубина проектной скважины, м.

Кроме того, на бытовые нужды потребуется до 40% технической, что составит:

563920*0,4= 225568кВт.

На буровой также имеется аварийная станция, с силовым дизельным приводом, она предназначена для обеспечения электроэнергией жилого поселка и работы аварийной лебедки. Для питания данной станции при 10% аварий от общего календарного времени потребуется дизельного топлива 90*0,1*2968/0,6 = 44520 т,

где 90 - норма расхода топлива на один метр проходки при эксплуатационном бурении, т/м;

2968 - глубина скважины, м;

0,1 - аварийное время;

0,6 - отношение теплопроводной способности дизельного топлива к условному топливу.

3.3 Водные ресурсы и водоснабжение жилого поселка и подсобных служб

На данной площади водоснабжение осуществляется как открытым способом, то есть установкой насосов непосредственно в открытый водоем, так и закрытым, то есть бурением скважины на воду.

Чаще всего используется закрытый способ. По данным лабораторных исследований вода пригодна для питья, поэтому на данном объекте имеется

емкость, куда вода подается при помощи центробежного насоса и уже оттуда в жилой городок, а также для приготовления бурового раствора. Водоснабжение осуществляется по трубам, которые проложены в жилой городок и в блок приготовления раствора.

3.4 Цех по приготовлению буровых растворов

Организация снабжения буровой установки и цеха по приготовлению бурового раствора осуществляется при помощи двух центробежных насосов, которые по водопроводной сети подают воду на буровую и в цех приготовления буровых растворов. Водопроводная сеть в зимнее время утепляется для того, чтобы не было размораживания труб. Утепление производят при помощи войлока и трубопроводной ленты. Их доставка в большей степени осуществляется по бетонным дорогам. Химреагенты развозятся на автомашинах. Хранятся химреагенты на специально подготовленной для них площадке.

3.5 Транспорт

На данном месторождении применяется автомобильный транспорт. Основные дороги выложены плитами, а к буровой идет отсыпка грунта. Протяженность отсыпных дорог до 20 км. Дороги находятся в хорошем состоянии, за исключением того времени, когда выпадают большие осадки. Тогда происходит размывание грунта и в некоторых местах без дополнительной отсыпки они становятся непроходимыми. Перевозка людей, продуктов, необходимого оборудования осуществляется автомобильным транспортом, по зимника.В каждой РИТС имеется перечень различных автомобилей. Организацией работ автотранспорта руководит РИТС. По сводкам, полученным от буровых бригад, она составляет график и планомерно снабжает все бригады всем необходимым.

3.6 Связь и диспетчерская служба

Средства связи, установленные на буровой, позволяют оперативно решать производственные вопросы, обеспечивают соблюдение технологии бурения, количество испытаний, влияют на сокращение сроков строительства скважины.

Согласно "Правил безопасности в нефтедобывающей промышленности", работа на буровой должна обеспечиваться устойчивой, высоконадежной связью с базой экспедиции. Это достигается содержанием на скважине радиорелейной станции и дублирующей радиостанции, работающей от аккумуляторных батарей.

На проектной скважине будет установлена радиостанция РРС-1, и резервная радиостанция "Ангара".

3.7 Культурно-бытовое и медицинское обслуживание

На буровой для отдыха буровиков имеются вагоны "Тайга-2", с жилым объемом 46м³. Имеется баня, место общественного питания, сушилка. В вагонах имеются телевизоры, радио. Для оказания первой медицинской помощи на буровой имеется специальная аптечка.

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Безопасность в рабочей зоне

Анализ опасных и вредных факторов при бурении скважин на нефть и газ.

В период строительства скважины и ввода ее в эксплуатацию могут возникать различные опасности как для персонала самой буровой бригады, так и для персонала субподрядных организаций, привлекаемых для выполнения отдельных видов работ.

Все опасные и вредные факторы можно разделить на несколько групп.

Опасные факторы:

1. Опасности, связанные с перемещением тяжестей, движением и вращением механизмов.

В процессе бурения персоналу буровой бригады приходится перемещать большое количество тяжестей: спускать в скважину и поднимать из нее трубы, долота, пластоиспытатели, забойные двигатели и другие устройства. Перемещать трубы и забойные двигатели с турбовозов на стеллажи, устанавливать собранные в свечи бурильные трубы на подсвечник и т. п. Как правило, эти предметы имеют большой вес и в случае падения могут причинять тяжелые травмы работающим.

Буровая вышка имеет большую высоту и тяжелые травмы могут причинить- падения различных предметов с высоты. Вышка, в которой на подсвечник устанавливают свечи бурильных труб, имеет большую парусность. При сильном ветре она может быть опрокинута, если недостаточно прочно или неправильно закреплена. Опасности также возникают при эксплуатации механизмов с вращающимися массами (ротор, лебедка, насосы, трансмиссии, механические мешалки и др.), если эти массы не ограждены должным образом.

2. К этой группе следует отнести опасности, связанные с разрушением тех узлов оборудования, которые работают под давлением: буровые и цементировочные насосы, компрессоры, пневмокомпенсаторы, трубопроводы, бурильные и обсадные колонны, устьевое оборудование скважин, пластоиспытатели, сепараторы, буровые рукава и др.

3. Еще одна группа опасностей связана с выделением из промывочной жидкости и при ГНВП углеводородов, особенно газообразных.

Углеводороды - горючие вещества; при свободном выделении их в атмосферу могут возникать сильные пожары, а при определенной сравнительно небольшой концентрации газообразных углеводородов в воздухе - сильные взрывы. Пары могут возникать также при использовании промывочной жидкости на углеводородной основе и вообще углеводородов.

4. Источниками повышенной опасности могут быть электродвигатели, трансформаторные подстанции и другие электрические установки в случае прямого контакта человека с токоведущими частями или в случае замыкания токоведущих частей с корпусом установки при неисправном заземлении или при его отсутствии. Вредные факторы:

1. Климатические условия.

2. Шум.

3. Вибрация.

4. Плохое освещение.

5. Запыленность, загазованность.

6. Ожоги.

Мероприятия по устранению опасных и вредных факторов.

Создание безопасных условий труда обеспечивается путем неукоснительного выполнения действующих правил, норм, инструкций и других нормативных документов.

Все базовое оборудование должно соответствовать ГОСТ 12.2.041-79.Перед тем как принять на работу служащего администрация предприятия должна убедиться в достижении устраивающегося на работу установленного возраста, справки о состоянии здоровья установленного образца, а также необходимой квалификации служащего.

1. Дня предупреждения механических травм необходимо все работы производить согласно отраслевой инструкции по безопасности труда при проводке скважин. Также необходимо оградить вращающиеся части механизмов, обеспечить страховочными канатами машинные ключи. Необходимо своевременно проводить инструктажи и экзамены по технике безопасности.