Teplomarcet.ru

Про Тепло дома
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет одноступенчатого цементирования скважин

Расчет одноступенчатого цементирования скважин

Пример 11.5 . Провести расчет одноступенчатого цементирования при следующих условиях: обсадная колонна диаметром 273 мм спущена на глубину Н=2000 м; диамеф скважины D скв =320 мм; высота подъема цементного раствора за колонной Н ц =1500 м; плотность бурового раствора ρ р =1350 кг/м; плотность цементного раствора ρ цр =1860кг/м3; упорное кольцо установлено на высоте 20 м от башмака колонны, т.е. высота цементного стакана h=20 м; объем цементного стакана V ц.с = 1,04м3. Пластовое давление продуктивного горизонта p пл =25 МПа; расстояние от продуктивного горизонта z пл =1900 м.

Решение . Определяем высоту столба буферной жидкости по формуле (11.14 ), предварительно найдя коэффициент аномальности по формуле (11.15 ):

В качестве буферной жидкости принимаем водный раствор солей NaCI плотностью 1080 кг/м3, тогда

Определяем высоту столба бурового раствора за колонной ( см.формулу 11.17 )

hр = 2000 — (1500 + 210) = 290м.

Находим требуемый объем цементного раствора по формуле (11.18)

Требуемая масса сухого цемента по уравнению (11.19)

Gц = 38,4 ·1860·1 /(1 + 0.5)1,05 = 50000 кг = 50 т.

Количество воды для приготовления расчетного объема цементного раствора по формуле (11.21 )

Требуемый объем продавочного раствора; приняв вместимость манифольда, Vм=0,9 м3.

Vпр= 1,04·0,8·0.255 2 (2000 — 20)+ 0,8 = 108.0 м3

Определяем максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное

р1 =0.01[290·1350 + 210·1080+1500·1860-(2000-20)·1350-20·1860] = = 7,0 МПа,
р2 = 0,001·2000 + 0,8 = 2.8МПа .

где р1 — давление, создаваемое за счет разности плотности жидкости в затрубном пространстве и в трубах; р2 — давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.

Окончательно рмах=7,0+2,8=9,8 МПа.

Принимаем vв= 1,8 м/с и находим требуемую подачу цементировочных агрегатов для обеспечения этой скорости: [ см. формулы (11.26) и (11.27) ]

Тогда Q=0,024·1,8=0,044 м3/с=44 дм3/с.

Для цементировочного агрегата ЦА-320М производительность на III скорости QIII=8,7 дм3/с при диаметре втулки 125 мм, а давление pIII=10,7 МПа, т.е. заданный режим (по давлению) обеспечится при использовании этого цементировочного агрегата.

Число требуемых цементировочных агрегатов по формуле (11.28)

Принимаем шесть агрегатов ЦА-320 М.

Находим необходимое число цементосмесительных машин,

Определяем число цементировочных агрегатов при закачке буферной жидкости объемом

V6 =0,8(0,32 2 -0.273 2 )·210 = 5.04м3.

Вместимость одного мерного бака ЦА-320М составляет 6,4 м3. Поэтому для закачки буферной жидкости принимаем один цементировочный агрегат (n1=1).

Число цементировочных агрегатов при закачке цементного раствора n2=2m=2·3=6.

Так как Vц<Vпр, то гидравлические сопротивления будут меньше расчетных (рмах=9,8 МПа).

Тогда для обеспечения производительности 44 дм3/с можно взять (QIV=13,3 дм3/с. Суммарная производительность смесительных машин обеспечит полученную подачу агрегатов.

Читайте так же:
Склад для выгрузки цемента

Предусматриваем закачивание 0,98 объема продавочного раствора с помощью n-1=6-1=5 агрегатов (ЦА-320М) при подаче QIII=8,7 дм3/с. Оставшиеся 0,02 объема продавочного раствора будут закачиваться одним агрегатом при QIII=8,7 дм3/с, что необходимо для ловли момента «стоп» — момента посадки верхней разделительной пробки на упорное кольцо.

Продолжительность цементирования по формуле (11.30)

Выбираем тампонажный цементный раствор для цементирования обсадной колонны, характеризующийся началом загустевания:

Принимаем тампонажный раствор на основе портландцемента по ГОСТ 1581-78 со следующими показателями: растекаемость (при водоцементном отношении m=0,5) 18 см; начало схватывания — не ранее 2 ч; конец схватывания — не позднее 10 ч.

Расчёт одноступенчатого цементирования эксплуатационной колонны в вертикальной скважине

эксплуатационной колонны в вертикальной скважине произведен по следующим данным:

Наружный диаметр труб

Толщина стенки труб

Высота подъёма цементного раствора от «башмака»

Высота подъёма цементного раствора от «башмака» до кольца «стоп»

Коэффициэнт увеличения объёма ствола скважины за счёт коверн

Плотность сухого цементного порошка

Плотность продавочного раствора

Коэффициэнт потерь цемента при приготовлении цементного раствора

Коэффициэнт сжатия продавочной жидкости

Рис. 1. Схема размещения цементного раствора в конце продавки.

1. Внутренний диаметр обсадной колонны

2. Объём цементного раствора

3. Количество сухого цемента для приготовления 1м 3 цементного раствора

4. Плотность цементного раствора:

5. Количество цемента и воды для приготовления цементного раствора

6. Количество сухого цемента с учётом потерь при приготовлении

7. Количество цементно-смесительных машин

где M ц.см – вместимость бункера цементосмесительной машинки ЦСМ-20

8. Объём продавочной жидкости

9. Гидростатическое давление в конце продавки

Теория одноступенчатого цементирования

Одноступенчатое цементирование скважин (single-stage well cementing) — цементирование, при котором цементный тампонажный раствор поднимается до проектной высоты в один приём.

Цементирование по этому способу осуществляется в тех случаях, когда скважина не имеет осложнений. Перекрываемые пласты не поглощают раствор, высота перекрытия ствола скважины цементным раствором позволяет цементировать при однократной подаче цементного раствора.

После спуска в скважину обсадной колонны на верхней муфте укрепляют промывочную головку, обвязывают её с насосами буровых установок, и приступают к промывке скважины. Если промывку скважины предполагается проводить не более 30 минут, то допускается установка цементировочной головки вместо промывочной. В противном случае, при длительной промывке могут быть разъедены краны и цементировочная головка выйдет из строя.

Во время промывки скважины, а иногда и до этого, бригада по цементированию проводит подготовку к цементировочным работам. Загружают цементосмесительные машины, обвязывают цементировочные агрегаты, заготавливают продавочную жидкость и воду для затворения цемента и т.д. По окончанию промывки скважины, промывочную головку заменяют цементировочной и подсоединяют её к обвязке агрегатов.

Читайте так же:
Сертификат соответствия цемент общестроительный

Перед закачкой цементного раствора в колонну спускают нижнюю пробку и одновременно включают цементосмесительные машины для приготовления цементного раствора и насосы цементировочных агрегатов для закачивания приготовляемого раствора в скважину. После закачки цементировочного раствора сбрасывают верхнюю цементировочную пробку и приступают к закачиванию продавочной жидкости.

В колонне цементировочный раствор движется между двумя пробками, которые отделяют его от бурового раствора, предотвращая от загрязнения. Объём продавочной жидкости строго кнтролируется. Нижняя пробка, проталкиваемая цементным раствором, садится на упорное кольцо, после чего давлением жидкости продавливается диафрагма пробки, и цементный раствор из колонны через образовавшееся отверстие пробки и башмак колонны поступает в затрубное пространство.

Первые порции цементного раствора, выходящего из колонны, частично смешиваются с глинистым раствором, эта смесь находится за колонной на самом верху и существенное влияние на качество крепления колонны и разобщение пластов не оказывает.

Когда остаётся 1-2 м³ продавочной жидкости, закачиваемой в скважину, интенсивность её закачки снижается. Одним-двумя агрегатами на пониженных режимах работы цементировочных насосов ведут процесс до посадки верхней пробки на нижнюю. Момент схождения пробок называется моментом «стоп» и характеризуется повышением давления. Давление при схождении пробок обычно не должно превышать 5-10% рабочего давления. Посадка верхней пробки – один из ответственных моментов в процессе цементирования, поэтому при продавливании последующих порций жидкости следует соблюдать особую осторожность и прекращать продавку при резком повышении давления, чтобы предотвратить разрыв колонны.

По окончанию цементирования сбрасывают давление в колонне до нуля и оставляют её в покое до тех пор, пока цементный раствор за колонной не затвердеет.

В настоящее время при проведении прямого одноступенчатого цементирования в большинстве случаев пользуются, к сожалению, одной (верхней) цементировочной пробкой. Отказ от применения нижней пробки ведёт к увеличению объёма смеси цементного раствора с буровым, что отрицательно сказывается на качестве крепления верхних интервалов скважины, и процесс продавки цементного раствора в большинстве случаев ведётся при повышенных давлениях.

Прямое одноступенчатое цементирование долгое время оставалось основным технологическим способом крепления скважин, однако резкое увеличение глубин скважин, рост забойных температур и давлений, чередование устойчивых и склонных к гидроразрыву пород, наличие в разрезе горизонтов с аномально высокими и низкими давлениями вызвало изменения технологий спуска обсадных колонн и разработку новых способов крепления и цементирования скважин.

2.4 Расчет объема цементного раствора необходимого для цементирования всей скважины.

— коэффициент кавернозности;

Читайте так же:
Цементные смеси для стяжки прайс

— глубина цементирования, м;

–диаметр скважины (долота), м;

–внутренний диаметр обсадной колонны, м;

–наружный диаметр обсадной колонны, м;

— длина упорного стоп кольца, м;

2.5 Определение состава цементного раствора.

Цементный раствор состоит из: портландцемента, воды и наполнителей.

Определяем, сколько нам потребуется цемента, наполнителя и цемента на каждую колонну.

Кондуктор (650 метров)

Эксплуатационная колонна 2 ступени.

Нижняя 1960 – 2960 метров.

Верхняя 0 – 1960 метров.

Хвостовик 2810-3050 метров

2.6 Оборудование для цементирования скважины на квартовом месторождении.

ЦА 320М — цементировочный агрегат.

СМН20 – смесительная машина.

УО20 — установка осреднительная.

БМ700 – блок манифольда.

Заливочные пробки и другое мелкое оборудование (краны высокого давления, устройство для затворения раствора, гибкие шланги и.т.д.).

ЦА – служит для затворения цемента, закачивания цементного раствора в скважину, а так же для продавки цементного раствора в затрубное пространство. Кроме того, ЦА используют и для других работ: установка цементировочных пластов, нефтяных ванн, а так же испатыния колонны на герметичность.

С учетом характера работ ЦА изготовляют передвижными с монтажом всего оборудования на грузовых автомобилях.

На базе смонтированы: поршневой насос высокого давления для закачки и продавки ц.р. плунжерный насос низкого давления, замерные баки при помощи которых определяют количество жидкости закачиваемой в колонну при продавки ц.р.

Для централизованной обвязки ЦА и устья скважины применяют блок манифольда. Он состоит из коллектора выского давления для соединения ЦА с устьем скважины и коллектора низкого давления для распределения воды и продавочной жидкости подаваемой в скважину. БМ оборудован небольшим подъемным краном.

СМН20 смесительная машина, при помощи которой происходит цементирование скважины. Грузоподъемностью 20 тонн, но как правило в тяжелых условиях сибирских транспортных путей в неё загружают не более 16 тонн.

Установка осреднительная предназначена для того что бы цементировочный раствор доводился до однородного состояния.

В конце продавки работает лишь 1 агрегат т.е последние 2 куб.м. закачивает только 1 ЦА с расходом 5 л/с. (самая низкая скорость.) Это делается для того что бы поймать давление «стоп». Т.е. когда цементировочная пробка садиться на УКС.

Цементировочная головка – служит для проведения цементирования.

Типовая схема цементирования показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Типовая схема цементирования скважины.

2.7 Расчет необходимого количества смесительных машин для каждой колонны.

Кондуктор 0 – 650 метров

Нижняя 1960 – 2960 метров

26,312 тонны = 2 СМН20.

Верхняя 0-1960 метров

41,346 тонны = 3 СМН20.

Хвостовик 2810-3050 метров

Цементирование обсадной колонны скважины и тампонаж

Цементирование обсадной колонны — одна из самых ответственных операций, от успешности которой зависит долговечность и дальнейшая нормальная эксплуатация скважины.
Цементирование — закрепление обсадной колонны на стенке ствола скважины и отсечение избыточных флюидов от попадания в ствол скважины посредством нагнетания цементного раствора по обсадной трубе и вверх по кольцевому зазору.
Это процесс закачивания тампонажного раствора в пространство между обсадной колонной и стенкой скважины.
Способ цементирования выбирают в зависимости от вида колонны, спущенной в пробуренный ствол (сплошной или хвостовика).

Читайте так же:
Пропорция цемент песок раствора для стяжки

Рис 1. Схема этапов выполнения 1- циклового цементирования обсадной колонны:I — начало подачи цементного раствора в скважину, II — подача закачанной порции цементного раствора по обсадной колонне, III — начало продавки в затрубное пространство, IV — окончание продавки;
1 — манометр, 2 — цементировочная головка, 3 — верхняя пробка, 4 — нижняя пробка, 5 — цементируемая обсадная колонна, 6 — стенки скважины, 7 — стоп-кольцо, 8 — продавочная жидкость, 9 — буровой раствор, 10 — цементный раствор.

  • колонну обсадных труб периодически расхаживают,
  • непрерывно промывают скважину для предотвращения прихвата колонны, ее устанавливают на 1-2 м выше забоя, оборудуют цементировочной головкой,
  • закачивают расчетный объем цементного раствора.

Многоступенчатое цементирование
Многоступенчатое цементирование — цементирование нескольких горизонтов (интервалов) пласта за обсадной колонной скважины с использованием соединений с отверстиями.
При этом, обсадная колонна на разных уровнях оснащена дополнительными приспособлениями (заливочными муфтами), позволяющими подавать тампонажный раствор в затрубное пространство поинтервально на разной глубине.

Распространено 2-ступенчатое цементирование — раздельное последовательное цементирование 2 х интервалов в стволе скважины (нижнего и верхнего).

  • позволяет снизить гидростатическое давление на пласт при высоких уровнях подъема цемента,
  • существенно увеличить высоту подъема цементного раствора в затрубном пространстве без значительного роста давления нагнетания;
  • уменьшить загрязнение цементного раствора от смешения его с промывочной жидкостью в затрубном пространстве;
  • избежать воздействия высоких температур на свойства цементного раствора, используемого в верхнем интервале, что позволяет эффективнее подбирать цементный раствор по условиям цементируемого интервала.

Рис. 2 Заливочная муфта для ступенчатого цементирования:
а — при цементировании первой ступени, б — при цементировании второй ступени;
1 — корпус, 2 — верхнее седло, 3 — верхняя втулка, 4 — заливочные отверстия, 5 — нижнее седло, 6 — нижняя втулка

Для проведения 2-ступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную заливочную муфту (рис. 2).

Подготовку скважины аналогична 1- ступенчатому цементированию.
После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке 1 й порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему 1 й ступени. Закачав нужный объем цементного раствора, в колонну вводят верхнюю пробку 1 й ступени, которая проходит через заливочную муфту (рис. 2, а).
Продавочной жидкостью вытесняют раствор в затрубное пространство.

Читайте так же:
Ткань для цементного фильтра

После закачки объема продавочной жидкости, равного внутреннему объему обсадной колонны в интервале между заливочной муфтой и упорным кольцом, освобождают находящуюся в цементировочной головке нижнюю пробку 2 й ступени.
По достижении заливочной муфты, пробка садится во втулку, резко понижая давление нагнетания, но под давлением смещает ее вниз, открывая сквозные отверстия в муфте (рис. 2, б). .

При использовании способа непрерывного цементирования, тампонажный раствор для цементирования второй ступени закачивают тотчас за нижней пробкой второй ступени.
2-ступенчатое цементирование с разрывом — после открытия отверстий в заливочной муфте возобновляют циркуляцию бурового раствора, а тампонажный раствор 2 й ступени подают в скважину спустя некоторое время, к примеру, после схватывания раствора 1 й порции.

Цементирование хвостовика.
После промывки ствола скважины на устье ее устанавливают цементировочную головку, в которую вставляют верхнюю секцию разделительной заливочной пробки.
Закачивают расчетное количество цементного раствора, который продавливают буровым раствором или водой.
Когда раствор будет продавлен в объеме, равном внутреннему объему бурильных труб, верхняя секция пробки войдет в нижнюю и перекроет отверстия кольца.
При этом давление в бурильных трубах резко возрастет.
Шпильки, удерживающие нижнюю секцию в переводнике, срезаются, и обе секции, как одно целое, перемещаются вниз по хвостовику до резкого подъема давления.
После этого колонну необходимо посадить на забой, и путем вращения инструмента по часовой стрелке освободить бурильные трубы с переводником от хвостовика и вымыть излишек цементного раствора.
Через 16-20 часов следует определить высоту подъема цемента за колонной, оборудовать устье скважины, испытать колонну на герметичность и перфорировать в интервале продуктивного пласта.
Заключительный этап процесса восстановления скважины методом зарезки и бурения 2 го ствола — испытание эксплуатационной колонны на герметичность, перфорирование отверстий против продуктивного горизонта и освоение скважины (вызов притока нефти или газа из пласта).

Тампонаж
Тампонирование (цементирование) скважин — технологический процесс упрочнения затрубного пространства и обсадной колонны от разрушающего действия горных пород и грунтовых вод.
В процессе цементирования заданный интервал заполняется раствором вяжущих материалов (цемента), который в состоянии покоя превращается в прочный непроницаемый камень.
Используется специальный тампонажный цемент — модификацию портландце­мента с повышенными требованиями к минералогическому составу клинкера.
В состав цемента введены добавки, замедляющие его застывание.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector