Крепление испытание и освоение нефтяных и газовых скважин

Вес третьей секции составит:

Q3 = q3 l3 = 0,3 810 = 243 (кН).

Для компоновки четвертой секции необходимо взять более прочные трубы – 168Д 8,9. Расчетная длина этой секции

Фактическая длина четвертой секции составит

L4 = Н – L1 – L2 – L3 = 2800 – 125 – 1300 – 810 = 565 (м).

Результаты компоновки эксплуатационной колонны на смятие и страгивание сводим в табл. 11.2.

Таблица 11.2

Компоновка эксплуатационной колонны из расчета на избыточное наружное давление и страгивание

Выбранная компановка обсадной колонны проверяется на избыточное внутреннее давление.

281

11.2.3. Расчет колонны на избыточные внутренние давления

Расчет колонны на избыточное внутреннее давление (разрыв) проводят для момента ее испытания гидравлической опрессовкой в один прием без пакера.

Давление на устье при работе нефтяной скважины составит

Ру = Рпл 10–6 g н Нпл = 32 10–6 · 10 · 850 · 2750 = 8,6 (МПа).

Давление опрессовки должно превышать ожидаемое рабочее давление Ру и должно быть не ниже установленного минимального опрессовочного давления для данного диаметра обсадной колонны Ропр min [14]:

Ропр 1,1Ру 1,1 · 8,6 = 9,5 (МПа); Ропр Ропр min = 11,5 (МПа).

Исходя из этих условий, принимаем Ропр = 11,5 МПа. Рассчитаем внутренние избыточные давления для харак-

терных точек ствола скважины:

– на устье скважины:

Рв.и.о= Рв.о – Рн.о = 11,5 – 0 = 11,5 (МПа).

– у башмака предыдущей колонны:

Рв.и Но = Рв Но – Рн Но = Ропр + 10–6g о.жНо] 10–6g гсНо =

= 11,5 + 10–6 · 10 · 1020 · 750] 10–6 · 10 · 1100 · 750 = = 10,9 (МПа).

– на глубине залегания продуктивного пласта (при

пл 1,1):

Рв.и Нпл = Рв Нпл – Рн Нпл = Ропр + 10–6g о.жНпл] Рпл =

= 11,5 + 10–6 · 10 · 1020 · 2750] 32 = 7,6 (МПа).

282

По полученным данным строим эпюру избыточных внутренних давлений (см. рис. 11.1, линия IV).

Рассчитаем коэффициенты запаса прочности на внутреннее давление для верха каждой секции выбранной компоновки (см. табл. 11.2). Значения внутренних избыточных давлений Рв.и снимаем с эпюры (см. рис. 11.1, линия IV):

– для первой секции:

nв.н = Ркр/Рв.и = 41,8/7,6 = 5,5 nвн = 1,15;

– для второй секции:

nвн = Ркр/Рв.и = 35,1/9,0 = 3,9 1,15;

– для третьей секции:

nвн = Ркр/Рв.и = 28,8/10,4 = 2,7 1,15;

– для четвертой секции:

nвн = Ркр/Рв.и = 35,1/11,5 = 3,05 1,15.

Таким образом, все секции выдерживают избыточное внутреннее давление с необходимым запасом прочности.

Окончательно принимаем компоновку эксплуатационной колонны, приведенную в табл. 11.2.

11.3. Расчет цементирования эксплуатационной колонны

11.3.1. Расчет расхода материалов

Рассчитаем объемы и количество материалов для приготовления цементных растворов.

Объем облегченного цементного раствора

Vо.ц.р = 0,785{(D в2 – Dн2)Но – [( Dд)2 – Dн2 (Нц – Но)} =

=0,785{(0,2252 – 0,1682)750 – [(1,05 0,216)2 – 0,1682

(2500 – 750)} = 45,7 (м3).

283

Примем, что для приготовления облегченного цементного раствора используется глиноцементная смесь (гельцемент) с применением бентонитового глинопорошка при водосмесевом отношении 0,7.

Тогда количество глиноцементной смеси, необходимой для приготовления 1 м3 облегченного цементного раствора, определится как

Доля облегчающей добавки (бентонитового глинопорошка) в тампонажной смеси составит:

Количество тампонажной смеси для приготовления всего объема облегченного цементного раствора

Gт.с = kц qVо.ц.р 10–3 = 1,03 970 45,7 10–3 = 45,7 (т),

втом числе:

–портландцемента:

Gц = (1 – а)Gт.с = (1 – 0,12)45,7 = 40,2 (т);

– облегчающей добавки:

Gд = а · Gт.с = 0,12 45,7 = 5,5 (т).

Объем воды для приготовления облегченного цементного раствора

Vв = kвmGт.с = 1,03 0,7 45,7 = 33 (м3).

284

Объем цементного раствора нормальной плотности

Vц.р = 0,785{[( Dд)2 – Dн2 (Н – Нц) + Dв2 hст} =

=0,785{[(1,05 0,216)2 – 0,1682

(2800 – 2500) + 0,1472 10} = 5,7 (м3).

Расход цемента для приготовления 1 м3 цементного раствора (при водоцементном отношении 0,5)

Количество цемента для приготовления расчетного объема цементного раствора

Gц = kц qVц.р 10–3 = 1,03 1230 5,7 10–3 = 7,2 (т).

Объем воды для приготовления цементного раствора нормальной плотности

Vв = kвmGц = 1,03 0,5 7,2 = 3,7 (м3).

Объем продавочной жидкости составит (Dв.ср = 151 мм)

Vпр = kcж 0,785 Dв.ср2(L – hст) =

= 1,03 0,785 0,1512(2800 – 10) = 51,4 (м3).

Максимально допустимая высота столба буферной жидкости в затрубном пространстве

1240 10 1750 10 6 1,05 32 410 (м). 10 1220 1020

Поскольку считается, что для обеспечения надежного разделения бурового и тампонажного растворов в процессе цементирования необходимо создавать в затрубном про-

285

странстве столб буферной жидкости высотой не менее 150– 200 м, принимаем высоту столба буферной жидкости 200 м. Объем буферной жидкости составит

Vб.ж = 0,785[( Dд)2 – Dн2 hб.ж =

= 0,785[(1,05 216)2 – 0,1682 200 = 3,7 (м3).

11.3.2. Гидравлический расчет цементирования колонны

Для выбора типа цементировочных агрегатов рассчитаем максимальное давление на устье скважины в конце цементирования, его гидростатическую и гидродинамическую составляющие.

Гидростатическая составляющая давления на устье в конце цементирования

Рст = 10–6g ( о.ц.р – пр)Нц + ( ц.р – пр)(Н – Нц – hст) =

= 10–6 10 (1650 – 1240)2500 + (1850 – 1240)(2800 – 2500 – 10) = 11,5 (МПа).

Суммарная производительность цементировочных агрегатов, участвующих в продавке цементного раствора для обеспечения турбулентного режима течения жидкости в затрубном пространстве (vк.п = 1,8 м/с) должна составлять

Q = 0,785 ( Dд)2 – Dн2 vк.п =

= 0,785[(1,05 216)2 – 0,1682 = 0,033 (м3/с).

Потери давления в трубах и кольцевом пространстве составят

286

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

Рдин = Ртр + Рк.п + Роб = 1 + 4,7 + 0,5 = 6,2 (МПа).

Максимальное давление на устье в конце цементирования составит:

Рmах = Рст + Рдин = 11,5 + 6,2 = 17,7 (МПа).

По величине этого давления выбираем тип цементировочных агрегатов – ЦА 320. Максимальное давление этот ЦА может преодолеть на трех режимах (табл. 11.3).

Таблица 11.3 Возможные режимы работы ЦА 320 для преодоления Рmах

Исходя из анализа данных табл. 11.3, по максимальной производительности цементировочного агрегата для закачки продавочной жидкости в конце цементирования принимаем режим № 3.

287

Количество ЦА, участвующих в продавке цементного раствора, определится из выражения

nц.а Q 0,033 8. qц.а 0,0043

В соответствии с принятым типом цементировочного агрегата выбираем тип цементосмесительных машин – 2СМН-20, так как водоподающий насос для приготовления цементного раствора находится на ЦА-320, а на смесительной машине 2СМН-20 его нет.

Количество смесительных машин для размещения глиноцементной смеси

Количество смесительных машин для размещения цемента

На основании проведенных расчетов принимаем следующую схему обвязки цементировочной техники:

–на приготовлении и закачке облегченного цементного раствора – 3 смесителя и 6 ЦА 320;

–на приготовлении и закачке цементного раствора нормальной плотности – 1 смеситель и 1 ЦА 320;

–на закачке продавочной жидкости – 7 ЦА 320;

288

11.3.3. Расчет продолжительности цементирования

В начале закачки цементного раствора в колонну ЦА преодолевают только гидравлические сопротивления в трубах и кольцевом пространстве. Рассмотрим возможность работы ЦА при закачке облегченного цементного раствора на III скорости (qц.а= 0,0081 м3/с). Для этого рассчитаем гидравлические сопротивления:

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

Рдин = Ртр + Рк.п + Роб = 2,2 + 5,4 + 0,5 = 8,1 (МПа).

Это давление агрегат ЦА 320 преодолевает на III скорости (Рц.а = 10 МПа). Поэтому принимаем, что закачка всего объема цементных растворов будет производиться на III скорости.

Тогда время закачки облегченного цементного раствора составит

289

Время закачки цементного раствора нормальной плотности

Общее время закачки цементных растворов составит

Тз = Тз.о.ц.р + Тз.ц.р = 15,7 + 11,7 = 27,4 (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 переключать агрегаты на пониженную скорость работы.

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

2800 0,018 51,4 1800 (м). 0,018 0,022

Объем продавочной жидкости, закачиваемой на III скорости

Vпр 3 = 0,785Dв2 h3 = 0,785 0,1512 1800 = 32,5 (м3).

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

290