Материал: Курсовой проект по дисциплине Заканчивание и крепление нефтегазовых скважин

В начале закачки цементного раствора в колонну ЦА преодолевают только гидравлические сопротивления в трубах и кольцевом пространстве. Рассмотрим возможность работы ЦА при закачке утяжеленного цементного раствора на IV скорости (q_цаIV = 0,0107 м³/с). Для этого рассчитаем гидравлические сопротивления:

I ступень: Закачка и продавка утяжеленного цементного раствора до Hм=1660

Р_ТР = 0,826 _т ρ_пр LQ² 10^{ 6} / D_В⁵ =

= 0,826* 0,025*1180*3129* (2 *0,0107)²*10^{ 6} /0,150⁵ = 0,48 МПа

Р_КП = 0,826 _кп ρ_цр.ут. (L_эк-L_м)*Q² 10^{ 6} /[(D_С – D_Н)³/(D_С + D_Н)²]=

=0,826*0,025*(2000*(3129-1810)+ 1180*(3129-1810))*(2*0,0107)²*10^{ 6} /[(1,05*0,2151–0,168)³(1,05*0,2159 + 0,168)²] = 4,68МПа

Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем Р_ОБ = 0,5 МПа):

Р_ДИН = Р_ТР + Р_КП + Р_ОБ = 0,48 + 4,68 + 0,5 = 5,66 МПа

Это давление агрегат ЦА 320 преодолевает на IV скорости при диаметре втулки 115 мм (Р_ЦА = 8 МПа). Поэтому принимаем, что закачка всего объема цементных растворов будет производиться на IV скорости.

Тогда время закачки облегченного цементного раствора составит:

Т_Зоцр = V_оцр^­/ (n_цаq_цаVI60) = 22,43/ (4*0,0107*60) = 8,7 мин

Время закачки цементного утяжеленного раствора:

Т_Зцр = V_цр^­/ (n_цаq_цаVI60) = 20,25/ (2* 0,0107* 60) = 15,77 мин

Общее время закачки цементных растворов составит:

Т_З = Т_Зоцр + Т_Зцр = 8,7 + 15,77 = 24,47 мин

Продавка цементного раствора в затрубное пространство (закачка продавочной жидкости) обычно начинается на той же скорости работы цементировочных агрегатов, на которой производилась закачка в обсадную колонну. По мере выхода цементного раствора в затрубное пространство давление на устье скважины возрастает и приходится агрегаты переключать на пониженную скорость работы.

Определим глубину, на которую может быть закачена продавочная жидкость в обсадную колонну при работе ЦА на IV скорости:







Объем продавочной жидкости, закачиваемой на IV скорости:

V_{пр IV} = 0,785 D_В² h_IV = 0,785* 0,150²

* 1552 = 33,48 м³

Примем объем продавочной жидкости, закачиваемой при посадке разделительной пробки на «стоп» кольцо равным 1,5 м³.

Тогда объем продавочной жидкости, закачиваемой на III скорости составит:

V _{пр III} = V _пр –V _{пр IV}–V_стоп = 56,7 – 33,48 – 1,5 = 21,72 м³

Время закачки продавочной жидкости:

- на IV скорости:

t_{пр IV} = V_{пр IV}/ (n­_ца*q_цаIV*60) = 33,48 / (6* 0,0107*60) = 5,82 мин

- на III скорости:

t_{пр III} = V_{пр III}/ (n­_ца*q_цаIII*60) = 21,72/ (6* 0,0060*60) = 7,2 мин

при посадке продавочной пробки:

t_стоп = V_стоп/( q_цаII 60) = 1,5/( 0,0060  60) = 4,16 мин

Общее время продавки составит:

Т_пр =  t_прⁱ + t_стоп = 5,82 + 7,2 + 4,16 = 16,18 мин

Общее время цементирования 1-ой ступени эксплуатационной колонны:

Т_Ц = Т_{З.ут.цр.} + Т_ПР+ Т_ТНО = 15,77 + 16,18 + 15 = 46,98  0,75* 110 = 82,5 мин

Следовательно, продолжительность цементирования удовлетворяет требованиям правил безопасности.

II ступень: Закачка и продавка облегченного цементного раствора проводится на 150м выше башмака кондуктора с места установки цементировочной муфты Hм=1660 м (L_м=1810м)

Р_ТР = 0,826 _т ρ_пр LQ² 10^{ 6} / D_В⁵ =

= 0,826* 0,025*1180*1810* (2 *0,0107)²*10^{ 6} /0,150⁵ = 0,29 МПа

Р_КП = 0,826 _кп ρ_{цр.обл..} (Lм-Lц)*Q² 10^{ 6} /[(D_С – D_Н)³/(D_С + D_Н)²]=

=0,826*0,025*1430*(1810-629)* (2* 0,0107)²*10^{ 6} /[(1,05*0,2151–0,168)³(1,05*0,2159 + 0,168)²] = 1,34МПа
Гидродинамическая составляющая давления на устье (примем Р_ОБ = 0,5 МПа):

Р_ДИН = Р_ТР + Р_КП + Р_ОБ = 0,29 + 1,34 + 0,5 = 2,13 МПа

Это давление агрегат ЦА 320 преодолевает на IV скорости при диаметре втулки 115 мм (Р_ЦА = 8 МПа). Поэтому принимаем, что закачка всего объема цементных растворов будет производиться на IV скорости.

Тогда время закачки облегченного цементного раствора составит:

Т_Зоцр = V_оцр^­/ (n_цаq_цаVI60) = 22,43/ (4*0,0107*60) = 8,7 мин

Продавка цементного раствора в затрубное пространство (закачка продавочной жидкости) обычно начинается на той же скорости работы цементировочных агрегатов, на которой производилась закачка в обсадную колонну. По мере выхода цементного раствора в затрубное пространство давление на устье скважины возрастает и приходится агрегаты переключать на пониженную скорость работы.

Определим глубину, на которую может быть закачена продавочная жидкость в обсадную колонну при работе ЦА на IV скорости:







Необходимо закачать продавочную жидкость в обсадную колонну на глубину 1660 (1810 по стволу) м до муфты ступенчатого цементирования, соответственно, до глубины смены тампонажных растворов.

Объем продавочной жидкости, закачиваемой на IV скорости:

V_{пр IV} = 0,785 D_В² h_IV = 0,785* 0,150²* 1660 = 29,3 м³

Примем объем продавочной жидкости, закачиваемой при посадке разделительной пробки на «стоп» кольцо равным 1,5 м³.

Время закачки продавочной жидкости:

- на IV скорости:

t_{пр IV} = V_{пр IV}/ (n­_ца*q_цаIV*60) = 29,3 / (6* 0,0107*60) = 5,1 мин

при посадке продавочной пробки:

t_стоп = V_стоп/( q_цаII 60) = 1,5/( 0,0060  60) = 4,16 мин

Общее время продавки составит:

Т_пр =  t_прⁱ + t_стоп = 5,1 + 4,16 = 9,26 мин

Общее время цементирования эксплуатационной колонны:

Т_Ц = Т_{З.ут.цр.} + Т_ПР+ Т_ТНО = 8,7 + 9,26 + 15 = 32,96  0,75* 120 = 90 мин

Следовательно, продолжительность цементирования удовлетворяет требованиям правил безопасности.
5.5. Проверка ствола скважины на гидроразрыв

В расчетах цементирования необходимо также проверить ствол скважины на гидроразрыв. Проверке должен подлежать наиболее слабый к гидроразрыву пласт, имеющийся в открытом стволе. В данном примере наиболее слабый пласт по ГРП находится на глубине 2688,5 (подошва) м, давление ГРП Р_ГРП =45,7 МПа.

Наибольшее давление на стенки скважины (Р_С) возникает в период окончания подъема цементного раствора в затрубном пространстве на заданную высоту. Так как целью двухступенчатого цементирования является предотвращение гидроразрыва пласта, то расчет проводится только для первой ступени. Глубина установки муфты ступенчатого цементирования Z_м=1660 м

Гидростатическая составляющая давления:

Р_ст = 10^-6g(ρ_б.р. * Z_м +ρ_{ут.ц.р.. *}(Hпл Z_м ) = 10^-6*9,8 *(1180*1660+ 2000*(2688,51660) = 35,58 МПа

Гидродинамическая составляющая давления:

Р_КП = 0,826 

_кп (ρ_б.р * L_м +ρ_ут.ц.р * (L_эк-L_м)*Q² 10^{ 6} /[(D_С – D_Н)³/(D_С + D_Н)²]=

=0,826*0,035*(2000 * (2688,5-1660)+ 1430*_. (1660-600))* (7* 0,0107²) *10^{ 6} /[(1,050,2151 – 0,168)³(1,05*0,2151 + 0,168)²] =2,8 МПа

Давление в скважине на наиболее слабый продуктивный пласт составит:

Р_С = Р_СТ + Р_ДИН = 35,58+2,8 = 37,38 МПа

Допустимое давление на пласт:

Р_ДОП = Р_ГРП/ k_Б = 45,7/1,2 = 38,1 МПа

Из приведенного расчета следует, что в процессе цементирования давление в скважине у наиболее слабого пласта меньше допустимого, следовательно, гидроразрыва пласта и поглощения цементного раствора происходить не будет.

6.Меры по охране труда, технике безопасности и охране окружающей среды

Требования безопасности при креплении ствола скважины.

• 
  Тампонажные материалы, используемые при строительстве скважин, должны иметь соответствующие сертификаты качества. Свойства тампонажных материалов и формируемого из них цементного камня должны соответствовать требованиям стандартов.
  
• 
  Спуск и цементирование обсадных колонн проводятся по планам, разработанным буровой организацией и утвержденным в установленном порядке.
  
• 
  Перед подготовкой ствола скважины к спуску колонны должен быть проведен комплекс электрометрических работ и других исследований, необходимых для детального планирования процесса крепления.
  
• 
  Применение цемента без проведения предварительного лабораторного анализа для условий предстоящего цементирования колонны запрещается.
  
• 
  Для сохранения естественной проницаемости пористых и пористо-трещиноватых коллекторов продуктивных отложений тампонажные растворы должны иметь минимально возможную фильтрацию.
  
• 
  Расчетная продолжительность процесса цементирования обсадной колонны не должна превышать 75% времени начала загустевания тампонажного раствора.
  
• 
  Цементный камень при наличии в цементируемом интервале агрессивных сред должен быть коррозионностойким к воздействию этих сред.
  
• 
  Обсадные колонны в пределах интервала цементирования должны оснащаться элементами технологической оснастки, номенклатура и количество которых определяются проектом на строительство скважины, а места установки уточняются в рабочем плане на спуск колонны.
  
• 
  Режим спуска обсадных колонн и гидравлическая программа цементирования должны рассчитываться и осуществляться таким образом, чтобы обеспечить минимально возможную репрессию на продуктивные горизонты и не допускать осложнений, связанных с гидроразрывом пород и поглощением. В процессе цементирования должна обеспечиваться регистрация параметров, характеризующих этот процесс.
  
• 
  Направления и кондуктора цементируются до устья. В нижележащей части стратиграфического разреза цементированию подлежат:
  

- продуктивные горизонты, кроме запроектированных к эксплуатации открытым забоем