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):

k_а = 25/(0.01·1900)= 1.32.

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

Принимаем h_б=210 м.

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

h_р = 2000 - (1500 + 210) = 290м.

Находим требуемый объем цементного раствора по формуле (11.18)

V_ц =0,8= 38,4 м3.

Требуемая масса сухого цемента по уравнению (11.19)

G_ц = 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)

V_в=0,5·50 = 25м3

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

V_пр= 1,04·0,8·0.255²(2000 - 20)+ 0,8 = 108.0 м3

Определяем максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное

кольцо (см.формулы 11.24 и 11.25)

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 р_мах=7,0+2,8=9,8 МПа.

Принимаем v_в= 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 Q_III=8,7 дм3/с при диаметре втулки 125 мм, а давление p_III=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,

m_ц.с.м = 50/(14.5·1,21=2,5).

Принимаем m_ц.с.м=3.

Определяем число цементировочных агрегатов при закачке буферной жидкости объемом

V₆ =0,8(0,32²-0.273²)·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 V_ц<V_пр, то гидравлические сопротивления будут меньше расчетных (р_мах=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.

Предусматриваем закачивание 0,98 объема продавочного раствора с помощью n-1=6-1=5 агрегатов (ЦА-320М) при подаче Q_III=8,7 дм3/с. Оставшиеся 0,02 объема продавочного раствора будут закачиваться одним агрегатом при Q_III=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.