Расчет цементирования
При расчете цементирования скважин определяют: 1) количество сухого цемента; 2) количество воды для затворения цементного раствора; 3) количество продавочной жидкости; 4) возможное максимальное давление к концу цементирования; 5) допустимое время цементирования; 6) число цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.
Пример: Так как плотность бурового раствора 1,1г/см3, а пластовая температура 90°С принимаем цементный раствор ПЦГ с плотностью 1,83г/см3 и водоцементным отношением 0,5.
Объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину, определяют по формуле:
Vц = (π/4)*[К1*(D2 – d12)*Нц + d22*h], м3
где К1 – коэффициент, учитывающий увеличение объема цементного раствора, расходуемого на заполнение каверн, трещин, и увеличение диаметра скважины против расчетного (номинального).
Значение коэффициента К1 определяется по квернограмме для каждой конкретной скважины. Обычно К1 изменяется от 1,1 до 2,5. В нашем случае принимаем К1 = 1,15.
Цементирование направления и кондуктора будет осуществляться с использованием чистого портландцемента.
Для лучшей прокачивамости тампонажной смеси и для того, чтобы поднять цементный раствор на проектную высоту (до устья), а также с целью экономии портландцемента, эксплуатационная колонна в интервале 0 – 3170 м будет цементироваться раствором плотностью 1,83 г/см3. В отношение m = 0,5. Интервал 1500 – 3160 м будет цементировать раствором чистого портландцемента плотностью 1,85 г/см3; водоцементное отношение m = 0,5.
Для колонны диаметром …..мм:
Vц = 0,785*[1,15*(……2 – ……2)*….. + ….2*20] = …. м3
Расчет количества сухого цемента
Количество сухого цемента для приготовления цементного раствора определяют из выражения:
Qц = ρц*Vц*1/(1+m),
где m – водоцементное отношение; ρц – плотность цементного раствора, кг/м3
Для колонны диаметром …. мм:
Qц = …..*…..*1/(1+0,5) = …. кг = ….. т,
Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с учетом потерь при затворении цементного раствора, вычислим по формуле:
Qц1 = К2*Qц,
где К2 – коэффициент, учитывающий наземные потери при затворении цементного раствора. Если затворение производится без цементно-смесительных машин, К2 = 1,054-5-1,15, при использовании цементно-смесительных машин К2 = 1,01. В нашем случае К2 = 1,15.
Для колонны диаметром …. мм:
Qц1 = 1,15*…. = …..кг=….. м3 ,
Расчет количества воды
Необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-ной консистенции находится из выражения:
Vв = 0,5*Qц,
Для колонны диаметром ….мм:
Vв = 0,5*… = …. м3.
Расчет количества продавочной жидкости
Потребное количество продавочной жидкости (в качестве которой часто используют буровой глинистый раствор) определяется по формуле:
Vпр = Δ*π*d22*/4*(Н – h)+V,
где Δ – коэффициент, учитывающий сжатие глинистого раствора (Δ = 1,03 – 1,05).
Подставив значения, получим:
Для колонны диаметром …. мм:
Vпр = 1,03*3,14*…. 2*/4*(…..-20)+0,8= ….. м3.
Расчет давления при закачке
Максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное кольцо определяется из уравнения:
Рmax = Р1 + Р2,
где Р1 – давление, необходимое для преодоления сопротивления, обловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве;
Р2 - давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.
Р1 = 10-6*[(Н-Нц)* ρр + Нц* ρц –(Н-h)* ρр +h*ρц ], МПа
Величину Р2 обычно находят по эмпирическим формулам. Наиболее распространенной является формула Шищенко-Бакланова; для скважин глубиной более 1500 м:
Р2 = 0,001*Н + 0.8 МПа.
Для колонны диаметром …. мм:
Р1 = 10-6[ ……*…… - (…..-20)*….+20*…..]=….. МПа
Р2 = 0,001*…..+0,8=….. МПа.
Рmax = …. + ….. = …... МПа.
Расчет количества цементировочных агрегатов
Число цементировочных агрегатов определяю, исходя из условия получения скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент начала продавки (не менее 15 м/с для кондуктора и промежуточных колонн инее менее 1,8 – 2,0 м/с для эксплуатационных колонн); это условие вытекает из предположения, что увеличение скорости движения цементного раствора в затрубном пространстве способствует более полному вытеснению глинистого раствора и замещению его цементным.
Часто ствол скважины искривлен, имеет локальные расширения, а колонна не строго сцементирована в нем. В подобных случаях целесообразно цементный раствор вытеснять из колонны, поддерживая небольшую скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве (ω = 0,1-0,4 м/с). Так же следует поступать и в том случае, если колонна хорошо центрирована, но создать турбулентный режим течения цементного раствора в затрубном пространстве невозможно. Так как продавка почти всегда начинается на высшей скорости (как правило, на IV), то количество агрегатов из условия обеспечения скорости (м. v/c) подъема цементного раствора в затрубном пространстве определяют по формуле:
Nц.а = [0,785*К1*(D2 – d12)*ω/QIV] + 1,
где QIV – производительность цементировочного агрегата на IV скорости, м3/с.
Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М с установленными в его насосе 9Т цилиндровыми 127-мм втулками (с этими втулками можно работать при рmax в конце цементирования). Максимальная производительность при этом 0,9 м3/мин при давлении 6,1 МПа.
Для колонны диаметром 127 мм:
nц.а = [0,785*1,2*(….2 – ….2)*1,5/0,09] + 1 = ….(например - 2 агрегата.)