Материал: Курсовой проект по дисциплине Заканчивание и крепление нефтегазовых скважин
Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
Qp*[n]≤[Qp]
[Qp]=1804кН
555,9 *1,75=972,8 кН <1804кН условие прочности достигнуто.
Определим длину следующей (III) секции :
Qp=∑qт2*lу+Qp2+Qp1=29,8*9,8*1488+555,9 кН=990,5 кН
Qp*[n]≤[Qp]
[Qp]=1372кН
990,5 *1,75=1733,3 кН >1372кН условие прочности не достигнуто.
Можно определить длину следующей секции по формуле: L=[Qp]/(qт*[n]), однако в данном случае в этом нет необходимости, так как, для данного интервала также можно использовать типоразмер ОТ168х7,3 только взяв группу прочности стали такую же, как и предыдущей секции, то есть «Е»
Получаем, для ОТ168х7,3Е:
Qp=∑qт2*lу+Qp2+Qp1=29,8*9,8*1488+555,9 кН=990,7 кН
Qp*[n]≤[Qp] ; [Qp]=1804кН
990,5 *1,75=1733,3 кН <1804кН условие прочности достигнуто.
Результаты компоновки эксплуатационной колонны на смятие и страгивание сводим в таблицу 7.2.
Таблица 7.2
Компоновка эксплуатационной колонны
из расчета на избыточное наружное давление и страгивание.
5.3. Расчет колонны на избыточное внутреннее давление
Расчет колонны на избыточное внутреннее давление (разрыв) проводят для момента ее испытания гидравлической опрессовкой в один прием без пакера.
Давление на устье при работе скважины составит:
РУ = РПЛ 10-6 g*ρН *НПЛ = 28,9 10-6 *9,8*850 *2829,5 = 5,33 МПа
Давление опрессовки должно превышать ожидаемое рабочее давление (РУ), и должно быть не ниже установленного минимального опрессовочного давления для данного диаметра обсадной колонны (Р
[Qp]=1804кН
555,9 *1,75=972,8 кН <1804кН условие прочности достигнуто.
Определим длину следующей (III) секции :
Qp=∑qт2*lу+Qp2+Qp1=29,8*9,8*1488+555,9 кН=990,5 кН
Qp*[n]≤[Qp]
[Qp]=1372кН
990,5 *1,75=1733,3 кН >1372кН условие прочности не достигнуто.
Можно определить длину следующей секции по формуле: L=[Qp]/(qт*[n]), однако в данном случае в этом нет необходимости, так как, для данного интервала также можно использовать типоразмер ОТ168х7,3 только взяв группу прочности стали такую же, как и предыдущей секции, то есть «Е»
Получаем, для ОТ168х7,3Е:
Qp=∑qт2*lу+Qp2+Qp1=29,8*9,8*1488+555,9 кН=990,7 кН
Qp*[n]≤[Qp] ; [Qp]=1804кН
990,5 *1,75=1733,3 кН <1804кН условие прочности достигнуто.
Результаты компоновки эксплуатационной колонны на смятие и страгивание сводим в таблицу 7.2.
Таблица 7.2
Компоновка эксплуатационной колонны
из расчета на избыточное наружное давление и страгивание.
| № сек-ции | Типоразмер обсадных труб | Толщина стенки, мм | Группа прочности стали | Интервал установки, м | Длина секции, м | Вес секции, кН |
| 1 | БАТРЕСС 168 | 8,9 | Д | 2829-1718 | 1311 | 456,6 |
| 2 | БАТРЕСС 168 | 7,3 | Е | 1718- 0 | 1718 | 533,4 |
5.3. Расчет колонны на избыточное внутреннее давление
Расчет колонны на избыточное внутреннее давление (разрыв) проводят для момента ее испытания гидравлической опрессовкой в один прием без пакера.
Давление на устье при работе скважины составит:
РУ = РПЛ 10-6 g*ρН *НПЛ = 28,9 10-6 *9,8*850 *2829,5 = 5,33 МПа
Давление опрессовки должно превышать ожидаемое рабочее давление (РУ), и должно быть не ниже установленного минимального опрессовочного давления для данного диаметра обсадной колонны (Р
ОПР min) :
РОПР 1,1РУ 1,1*5,33 = 5,86 МПа;
РОПР РОПР min = 11,5 МПа
Исходя из этих условий, принимаем РОПР = 11,5 МПа
Рассчитаем внутренние избыточные давления для характерных точек ствола скважины
На устье скважины:
РВИо= РВо – РНо = 11,5 –0 = 11,5 МПа
У башмака предыдущей колонны:
РВИНо= РВНо–РННо = (РОПР+10-6*g*ρож*Но)10-6*g*ρгс*(Но – Нц )= (11,5 + 10-6 *9,8*1000·750) 10-6*9,8*1100*(750-600) = 11,27 МПа
На глубине залегания продуктивного пласта:
Pви=(Pопр+10-6*g*ρож*Hпл)-Pпл=(11,5+10-6*9,8*1000*2829,5) – 28,9 = 10,1 МПа
По полученным данным строим зпюру избыточных внутренних давлений (рис. 4.1, линия IV).
Рассчитаем коэффициенты запаса прочности на внутреннее давление для верха каждой секции выбранной компоновки (табл. 7.2). Значения внутренних избыточных давлений (РВИ) снимаем с эпюры (рис. 4, линия IV).
Для первой секции:
nВН = РКР/РВИ = 35,1/ 11,5 = 3,05 nВН = 1,15
Для второй секции:
nВН = РКР/РВИ = 41,9/ 11,5 = 3,63 nВН = 1,15
Таким образом, все секции выдерживают избыточное внутреннее давление с необходимым запасом прочности.
Окончательно принимаем компоновку эксплуатационной колонны, приведенную в табл. 7.2.
Рис. 4. Эпюры избыточных наружных и внутренних давлений
5.2. Расчет цементирования эксплуатационной колонны
5.2.1. Расчет расхода материалов
Рассчитаем объемы и количество материалов для приготовления цементных растворов.
Объем цементного утяжеленного раствора (первая ступень):
Vуцр = 0,785*((*Dд)2–Dн2)( L1–Lo2 ) =
= 0,785*((1,05*0,2151)2–0,1682)(3129–1880) = 19,8 м3
Vуцр ст = DВ2 hст = 0,1502*10 = 0,225 м3
Расход цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора (при водоцементном отношении 0,45):
q = цр/( 1 + m) = 2000/(1 + 0,45) = 1378 кг/м3
Количество цемента для приготовления расчетного объема цементного раствора:
Gц = kцq(Vуцр+ Vуцр ст)*10-3 = 1,03*1378*(19,8+0,225)*10-3 = 28,4 т
Объем воды для приготовления утяжеленного цементного раствора:
Vв = kвmGц = 1,05*0,45* 28,4 = 13,4 м
РОПР 1,1РУ 1,1*5,33 = 5,86 МПа;
РОПР РОПР min = 11,5 МПа
Исходя из этих условий, принимаем РОПР = 11,5 МПа
Рассчитаем внутренние избыточные давления для характерных точек ствола скважины
На устье скважины:
РВИо= РВо – РНо = 11,5 –0 = 11,5 МПа
У башмака предыдущей колонны:
РВИНо= РВНо–РННо = (РОПР+10-6*g*ρож*Но)10-6*g*ρгс*(Но – Нц )= (11,5 + 10-6 *9,8*1000·750) 10-6*9,8*1100*(750-600) = 11,27 МПа
На глубине залегания продуктивного пласта:
Pви=(Pопр+10-6*g*ρож*Hпл)-Pпл=(11,5+10-6*9,8*1000*2829,5) – 28,9 = 10,1 МПа
По полученным данным строим зпюру избыточных внутренних давлений (рис. 4.1, линия IV).
Рассчитаем коэффициенты запаса прочности на внутреннее давление для верха каждой секции выбранной компоновки (табл. 7.2). Значения внутренних избыточных давлений (РВИ) снимаем с эпюры (рис. 4, линия IV).
Для первой секции:
nВН = РКР/РВИ = 35,1/ 11,5 = 3,05 nВН = 1,15
Для второй секции:
nВН = РКР/РВИ = 41,9/ 11,5 = 3,63 nВН = 1,15
Таким образом, все секции выдерживают избыточное внутреннее давление с необходимым запасом прочности.
Окончательно принимаем компоновку эксплуатационной колонны, приведенную в табл. 7.2.
Рис. 4. Эпюры избыточных наружных и внутренних давлений
5.2. Расчет цементирования эксплуатационной колонны
5.2.1. Расчет расхода материалов
Рассчитаем объемы и количество материалов для приготовления цементных растворов.
Объем цементного утяжеленного раствора (первая ступень):
Vуцр = 0,785*((*Dд)2–Dн2)( L1–Lo2 ) =
= 0,785*((1,05*0,2151)2–0,1682)(3129–1880) = 19,8 м3
Vуцр ст = DВ2 hст = 0,1502*10 = 0,225 м3
Расход цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора (при водоцементном отношении 0,45):
q = цр/( 1 + m) = 2000/(1 + 0,45) = 1378 кг/м3
Количество цемента для приготовления расчетного объема цементного раствора:
Gц = kцq(Vуцр+ Vуцр ст)*10-3 = 1,03*1378*(19,8+0,225)*10-3 = 28,4 т
Объем воды для приготовления утяжеленного цементного раствора:
Vв = kвmGц = 1,05*0,45* 28,4 = 13,4 м
3
Объем продавочной жидкости составит (Dвср = 150 мм):
Vпр = kcж 0,785 DВср2 (L – hст) = 1,03* 0,785* 0,1502 (3129 – 10) = 56,7 м3
Объем облегченного цементного раствора(2 ступень):
В интервале открытого ствола:
Vоцр1 = 0,785*((α*Dд)2 Dн2)*(L Lo) = = 0,785*((1,05*0,2151)2 0,1682)*(1880 779) = 19,7 м3
В интервале предыдущей обсадной колонны:
Vоцр2=0,785*(Dв2Dн2)*( Loh)=0,785*(0,226720,1682)*(779629)=2,73 м3
Расход цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора (при водоцементном отношении 0,7):
q = оцр/( 1 + m) = 1430/(1 + 0,7) = 841 кг/м3
Количество цемента для приготовления объема облегченного цементного раствора:
Gтс = kцq(Vоцр1+ Vоцр2)10-3 = 1,03* 841*(19,7+2,73)*10-3 = 19,4 т,
Объем воды для приготовления облегченного цементного раствора:
Vв = kвmGтс = 1,05* 0,7* 19,4= 14,3 м3
5.3. Гидравлический расчет цементирования
Для выбора типа цементировочных агрегатов рассчитаем максимальное давление на устье скважины в конце цементирования, его гидростатичекую и гидродинамическую составляющие.
Гидростатическая составляющая давления на устье в конце цементирования для I ступени:
Рст = 10-6g((ρр - ρбж ) hбж+(ρр ρпр)(hhбж)+(ρцр.утяж.ρпр)(Hhhст) = 10-6*9,8* *((11801000)*300+(11801180)(1660300)+(20001180)(2829,5166010) =9,6 МПа
Суммарная производительность цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора для обеспечения турбулентного режима течения жидкости в затрубном пространстве (wкп = 2,3 м/с) должна составлять:
Q = 0,785((*Dд) 2–Dн2) wкп = 0,785*((1,05*0,2151)2–0,1682)*2,3 = 0,036м3/с
Потери давления в трубах и кольцевом пространстве составят:
Ртр = 0,826 т ρпр LQ2 10 6 / DВ5 =
= 0,826* 0,025*1180* 3129* 0,0362*10 6 /0,1505 = 0,48 МПа
Ркп = 0,826 кп ρцр.утяж. (LЭК – Lмуф.) Q2 10 6 /((Dс – Dн)3*(Dс + Dн)2) = 0,826*0,036*2000* *(3129-1810)*0,0362*10 6/((1,05*0,2151–0,168)3*(1,05*0,2151 + 0,168)2) = 2,87 МПа
Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем РОБ = 0,5 МПа):
Рдин = Ртр + Ркп + Роб = 0,48 + 2,87 + 0,5 = 3,85 МПа
Объем продавочной жидкости составит (Dвср = 150 мм):
Vпр = kcж 0,785 DВср2 (L – hст) = 1,03* 0,785* 0,1502 (3129 – 10) = 56,7 м3
Объем облегченного цементного раствора(2 ступень):
В интервале открытого ствола:
Vоцр1 = 0,785*((α*Dд)2 Dн2)*(L Lo) = = 0,785*((1,05*0,2151)2 0,1682)*(1880 779) = 19,7 м3
В интервале предыдущей обсадной колонны:
Vоцр2=0,785*(Dв2Dн2)*( Loh)=0,785*(0,226720,1682)*(779629)=2,73 м3
Расход цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора (при водоцементном отношении 0,7):
q = оцр/( 1 + m) = 1430/(1 + 0,7) = 841 кг/м3
Количество цемента для приготовления объема облегченного цементного раствора:
Gтс = kцq(Vоцр1+ Vоцр2)10-3 = 1,03* 841*(19,7+2,73)*10-3 = 19,4 т,
Объем воды для приготовления облегченного цементного раствора:
Vв = kвmGтс = 1,05* 0,7* 19,4= 14,3 м3
5.3. Гидравлический расчет цементирования
Для выбора типа цементировочных агрегатов рассчитаем максимальное давление на устье скважины в конце цементирования, его гидростатичекую и гидродинамическую составляющие.
Гидростатическая составляющая давления на устье в конце цементирования для I ступени:
Рст = 10-6g((ρр - ρбж ) hбж+(ρр ρпр)(hhбж)+(ρцр.утяж.ρпр)(Hhhст) = 10-6*9,8* *((11801000)*300+(11801180)(1660300)+(20001180)(2829,5166010) =9,6 МПа
Суммарная производительность цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора для обеспечения турбулентного режима течения жидкости в затрубном пространстве (wкп = 2,3 м/с) должна составлять:
Q = 0,785((*Dд) 2–Dн2) wкп = 0,785*((1,05*0,2151)2–0,1682)*2,3 = 0,036м3/с
Потери давления в трубах и кольцевом пространстве составят:
Ртр = 0,826 т ρпр LQ2 10 6 / DВ5 =
= 0,826* 0,025*1180* 3129* 0,0362*10 6 /0,1505 = 0,48 МПа
Ркп = 0,826 кп ρцр.утяж. (LЭК – Lмуф.) Q2 10 6 /((Dс – Dн)3*(Dс + Dн)2) = 0,826*0,036*2000* *(3129-1810)*0,0362*10 6/((1,05*0,2151–0,168)3*(1,05*0,2151 + 0,168)2) = 2,87 МПа
Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем РОБ = 0,5 МПа):
Рдин = Ртр + Ркп + Роб = 0,48 + 2,87 + 0,5 = 3,85 МПа
Максимальное давление на устье в конце цементирования составит:
Рмах = Рст + Рдин = 9,6+ 3,85 = 13,45 МПа
По величине этого давления выбираем тип цементировочных агрегатов - ЦА 320. Максимальное давление этот ЦА может преодолеть на трех режимах (табл. 8).
Таблица 8. Возможные режимы работы ЦА-320М для преодоления РМАХ
Исходя из анализа данных табл., по максимальной производительности цементировочного агрегата для закачки продавочной жидкости в конце цементирования принимаем режим № 2.
Гидростатическая составляющая давления на устье в конце цементирования для II ступени:
Рст = 10-6g(ρр ρпр) hц+(ρцр.обл.ρпр)( hм hц.р) = 10-6*9,8* (11801180)*600+(14301180)( 1660600) =2,63 МПа
Суммарная производительность цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора для обеспечения турбулентного режима течения жидкости в затрубном пространстве (wкп = 2,3 м/с) должна составлять:
Q = 0,785((*Dд) 2–Dн2) wкп = 0,785*((1,05*0,2151)2–0,1682)*2,3 = 0,036м3/с
Потери давления в трубах и кольцевом пространстве составят:
Ртр = 0,826 т ρпр Lмуфты Q2 10 6 / DВ5 =
= 0,826* 0,025*1180*1810 * 0,0362*10 6 /0,1505 = 0,42 МПа
Ркп = 0,826 кп ρцр.обл. (Lмуфты –Lц)* Q2 10 6 /((Dс – Dн)3*(Dс + Dн)2) = 0,826*0,036*1430* (1810-600)*0,0362*10 6/((1,05*0,2151–0,168)3*(1,05*0,2151 + 0,168)2) = 2,1 МПа
Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем РОБ = 0,5 МПа):
Рдин = Ртр + Ркп + Роб = 0,42 + 2,1 + 0,5 = 3,02 МПа
Максимальное давление на устье в конце цементирования составит:
Рмах
Рмах = Рст + Рдин = 9,6+ 3,85 = 13,45 МПа
По величине этого давления выбираем тип цементировочных агрегатов - ЦА 320. Максимальное давление этот ЦА может преодолеть на трех режимах (табл. 8).
Таблица 8. Возможные режимы работы ЦА-320М для преодоления РМАХ
| Номер режима | Диаметр втулок, мм | № скорости (передачи) | Развиваемое давление, Мпа (Рца) | Производительность, м3/с (qца) |
| 1 | 100 | III | 16 | 0,0048 |
| 2 | 115 | III | 14 | 0,0060 |
| 3 | 125 | II | 19 | 0,0043 |
Исходя из анализа данных табл., по максимальной производительности цементировочного агрегата для закачки продавочной жидкости в конце цементирования принимаем режим № 2.
Гидростатическая составляющая давления на устье в конце цементирования для II ступени:
Рст = 10-6g(ρр ρпр) hц+(ρцр.обл.ρпр)( hм hц.р) = 10-6*9,8* (11801180)*600+(14301180)( 1660600) =2,63 МПа
Суммарная производительность цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора для обеспечения турбулентного режима течения жидкости в затрубном пространстве (wкп = 2,3 м/с) должна составлять:
Q = 0,785((*Dд) 2–Dн2) wкп = 0,785*((1,05*0,2151)2–0,1682)*2,3 = 0,036м3/с
Потери давления в трубах и кольцевом пространстве составят:
Ртр = 0,826 т ρпр Lмуфты Q2 10 6 / DВ5 =
= 0,826* 0,025*1180*1810 * 0,0362*10 6 /0,1505 = 0,42 МПа
Ркп = 0,826 кп ρцр.обл. (Lмуфты –Lц)* Q2 10 6 /((Dс – Dн)3*(Dс + Dн)2) = 0,826*0,036*1430* (1810-600)*0,0362*10 6/((1,05*0,2151–0,168)3*(1,05*0,2151 + 0,168)2) = 2,1 МПа
Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем РОБ = 0,5 МПа):
Рдин = Ртр + Ркп + Роб = 0,42 + 2,1 + 0,5 = 3,02 МПа
Максимальное давление на устье в конце цементирования составит:
Рмах
= Рст + Рдин = 2,63+ 3,02 = 5,65 МПа
По величине этого давления выбираем тип цементировочных агрегатов - ЦА 320. Максимальное давление этот ЦА может преодолеть на трех режимах (табл. 8).
Таблица 8. Возможные режимы работы ЦА-320М для преодоления РМАХ
Исходя из анализа данных табл., по максимальной производительности цементировочного агрегата для закачки продавочной жидкости в конце цементирования принимаем режим № 2.
Так как цементирование ступенчатое, необходимо рассчитать количество цементировочной техники исходя из максимального давления на устье в процессе закачки утяжеленного раствора, а также исходя из объема тампонажного материала. Количество ЦА, участвующих в продавке утяжеленного цементного раствора, определится из выражения:
nца = Q /qца = 0,036/0,0060 =6
В соответствии с принятым типом цементировочного агрегата выбираем тип цементосмесительных машин - 2СМН-20, т.к. водоподающий насос для приготовления цементного раствора находится на ЦА - 320, а на смесительной машине 2СМН-20 его нет.
Количество смесительных машин для размещения утяжеленного цемента:
nсм = Gтс/(mн *Vб) = 19,4 /(1,5*14)=0,92≈ 1
Количество смесительных машин для размещения облегченного цемента:
nсм = Gц/(mн *Vб) = 28,4/(1,2 14)=1,69 ≈ 2
На основании проведенных расчетов принимаем следующую схему обвязки цементировочной техники:
- на приготовлении и закачке облегченного цементного раствора - 2 смесителя и 4 ЦА 320;
- на приготовлении и закачке цементного утяжеленного раствора– 1 смеситель и 2 ЦА 320;
- на закачке продавочной жидкости – 6 ЦА 320;
- на продавке и посадке разделительной пробки – 1 ЦА 320.
Общее количество цементировочной техники: 2СМН 20–3 шт., ЦА 320–7 шт.
5.4. Расчет продолжительности цементирования
По величине этого давления выбираем тип цементировочных агрегатов - ЦА 320. Максимальное давление этот ЦА может преодолеть на трех режимах (табл. 8).
Таблица 8. Возможные режимы работы ЦА-320М для преодоления РМАХ
| Номер режима | Диаметр втулок, мм | № скорости (передачи) | Развиваемое давление, Мпа (Рца) | Производительность, м3/с (qца) |
| 1 | 100 | III | 16 | 0,0048 |
| 2 | 115 | III | 14 | 0,0060 |
| 3 | 125 | II | 19 | 0,0043 |
Исходя из анализа данных табл., по максимальной производительности цементировочного агрегата для закачки продавочной жидкости в конце цементирования принимаем режим № 2.
Так как цементирование ступенчатое, необходимо рассчитать количество цементировочной техники исходя из максимального давления на устье в процессе закачки утяжеленного раствора, а также исходя из объема тампонажного материала. Количество ЦА, участвующих в продавке утяжеленного цементного раствора, определится из выражения:
nца = Q /qца = 0,036/0,0060 =6
В соответствии с принятым типом цементировочного агрегата выбираем тип цементосмесительных машин - 2СМН-20, т.к. водоподающий насос для приготовления цементного раствора находится на ЦА - 320, а на смесительной машине 2СМН-20 его нет.
Количество смесительных машин для размещения утяжеленного цемента:
nсм = Gтс/(mн *Vб) = 19,4 /(1,5*14)=0,92≈ 1
Количество смесительных машин для размещения облегченного цемента:
nсм = Gц/(mн *Vб) = 28,4/(1,2 14)=1,69 ≈ 2
На основании проведенных расчетов принимаем следующую схему обвязки цементировочной техники:
- на приготовлении и закачке облегченного цементного раствора - 2 смесителя и 4 ЦА 320;
- на приготовлении и закачке цементного утяжеленного раствора– 1 смеситель и 2 ЦА 320;
- на закачке продавочной жидкости – 6 ЦА 320;
- на продавке и посадке разделительной пробки – 1 ЦА 320.
Общее количество цементировочной техники: 2СМН 20–3 шт., ЦА 320–7 шт.
5.4. Расчет продолжительности цементирования
Источник: https://tut-files.ru/previewfile/16536