книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали

раствора в кольцевое пространство скважины. Уменьшение отрица­ тельного влияния Рэкв в наклонной скважине возможно за счет ис­ пользования бурильной колонны большего диаметра, например 0 &к = = 139,7 мм, вместо 0 б/к = 127 мм. Трубы 0 139,7 мм устанавливают­ ся на вертикальном участке и на участке набора кривизны. Другим решением проблемы является использование столба бурового рас­ твора расчетной плотности (например 1,4-5-1,50 г/см3) в кольцевом про­ странстве скважины на вертикальном и наборе кривизны интерва­ лах профиля, который будет вытесняться по мере поступления там­ понажного раствора в колонну.

8.2.6. На этапе продавливания - вытеснения тампонажного рас­ твора в кольцевое пространство скважины давление на ЦА -

постепенно возрастает, достигая наибольшего значения к моменту возникновения гидравлического удара - окончания цементирования скважины. Процесс продавливания является одним из важных этапов цементирования обсадной колонны. Так если при закачке тампонаж­ ного раствора внутрь колонны и его продавливания до башмака ко­

лонны = const, а следовательно, остается постоянным давле­

ние на пласт, то при вытеснении раствора в кольцевое пространство по мере увеличения высоты столба тампонажного раствора давление на пласт непрерывно возрастает. Поэтому на этой стадии цементиро­ вания колонны необходимо обеспечить плавное снижение подачи ЦА

с 20Ц™ = 2 0 ^ =0,0182 м3/с до = 0,0095 м3/с. Например,

когда цементный раствор будет поднят в кольцевом пространстве скважины на высоту hjj1= 125 м, то ИРГ}£= 0,01 (1,85 • 125 + 1,18 х

х 2275) = 29,15 МПа. Тогда по формуле (8.3) будетравно: Р ^ н =

= (26,0 + 6,0) - 29,15 = 2,85 МПа.

Текущее значение 2£цд по формуле (8.7) составит:

где (А1+Л2) = 1,259 • Ю10. Давление на ЦА определяется по формуле (8.13), однако предварительно находится Р ^. При AJJ* = 125 м внутри

201

хвостовика остается цементный раствор в объеме 11,38 м3, что соста­

то в хвостовике остается цементного раствора в объеме 5,69 м3 на

29,99 МПа. Р ^ н = (26,0 + 6,0) - 29,99 = 2,01 МПа; (At +А2) = 1,431 х

'Ц V1»431’10

Давление на ЦА составит Рцд = 0,011852 • (1,431 + 1,069) • 10ю+ 2,02 = = 3,51 +2,02 = 5,53 МПа.

На стадии завершения процесса продавки при Л™ =375 м; =

= 1449 м. Р,/Ст по формуле (8.2) равно 30,83 МПа. Р ^ н по формуле (8.3)

равно 1,17 МПа. Разность между гидростатическим давлением столба цементного раствора за обсадной колонной и буровым раствором внутри колонны Д1°ст. = 0,01(1,85 - 1,18) • 375 = 2,51 МПа. £ ца по фор­ муле (34) равно 0,00984 м3/с, принятое значение (Тцд = 0,095 м3/с. Дав­ ление на ЦА к моменту возникновения гидравлического удара равно:

ЕЛ и = к * + Лг) + W + m + ЛЛ/с + ДР,„.. (8.15)

где (А, + А,) = 1,69 • 10” ; (В, + В2) = 0,658 • Ю10; АРг1ст = 2,51 МПа; АРу д ф . - допустимый скачок давления на ЦА в момент посадки це­ ментированной пробки на упорное «стоп-кольцо». Из практических соображений АРудар. = 2,0 МПа, тогда £ Р ца = 0,00952 • 2,348 • Ю10 +

+2,51+2,0 = 6,63 МПа.

8.2.7.Определяется время, затрачиваемое на процесс цементи­ рования потайной колонны.

202

Как известно, общее время цементирования обсадной колонны £Гцем. определяется по формуле

где *эак./прод. - время закачки тампонажного раствора, включая время его продавливания до башмака потайной колонны, мин; - время вытеснения тампонажного раствора в кольцевое пространство сква­ жины на расчетную высоту, мин; tK - время затрачиваемое на вспо­ могательные работы - пропуск заливочной пробки внутрь колонны, промывка линий высокого давления от остатков тампонажного рас­ твора, мин. Значение W , как правило, не превышает 10 мин

= 79,44 = 72,7 мин; Sfigf 0,0182

17,06 =23,5 мин;

0,0121

^бцА/ср. - значение средней подачи ЦА при продавливании. На ос­ нове предварительных расчетов принята равной 0,0121 м3/с;

ЕГцеМ.= 72,7 + 23,5 + 10 = 106,2 мин (1,77 ч).

Полученное значение £Гцем.меньше допустимого Гдоп. = 0,75 Т^., где 7заг. - время начала загустевания тампонажного раствора. Для при­ нятого в расчете тампонажного раствора, приготовленного из порт­ ландцемента тампонажного ГОСТ 1581-96 с добавлением замедли­ телей сроков схватывания Гдоп. составляет 120 мин. Из расчета ХТцеы видно, что возможность сокращения времени, затрачиваемого на це­ ментирование эксплуатационных обсадных колонн, помимо ускоре­ ния процесса спуска и облегчения веса колонны, по существу, и яв­ ляется одним из основных преимуществ использования потайных ко­ лонн, вместо сплошных при креплении НСБО.

203

8.3. Определение высоты подъема цемента, глубины установки муфты для ступенчатого цементирования эксплуатационной колонны,

длины «хвостовка»

Метод ступенчатого цементирования эксплуатационной колон­ ны, чаще всего применяется в глубоких вертикальных и наклонных скважинах, особенно, в наклонных скважинах с большим отклонени­ ем ствола от вертикали, в горно-геологических и технико-технологи­ ческих условиях, при которых фактическое давление на пласт ЕРошУфакг. к моменту окончания процесса цементирования, превышает допусти­ мое давление ЕРсиЛюп.* Задача сводится к определению высоты подъ­ ема цемента за колонной AjJ, которая по существу является высотой

установки муфты для ступенчатого цементирования Л ^ц ( AjJ = ^мсц >

ГД= T’rto.. Лл™.- гидростатическое, гидродинамическое давление на пласт в процессе цементирования колонны, МПа.

где Ле/р - высота столба бурового раствора в кольцевом пространст­ ве скважины, м; 0,01 = g • 10‘3 (g = 9,8 Н/кг). Так как h&p= Яв - Ац/Р, то формула (8.20) переписывается в виде:

204

По формуле (8.19) имеем:

где Нл - глубина скважины по вертикали, м; рцгр, рб/Р - плотности цементного и бурового растворов, в г/м3.

Р?,"ш - определяется, как сумма гидравлических потерь при дви­

жении составного столба жидкости в кольцевом пространстве сква­ жины, по формуле:

Оценочные расчеты по определению Р ^ н_по формулам, учиты­

вающим реологические параметры, режим течения жидкостей [27] и по формуле (8.23) при К\ = 0,04 показали хорошую сходимость ре­

зультатов; /^р - заменено на Лцр/cosoJ а - зенитный угол ствола сква­

жины на интервале цементирования колонны.

<7Д, dofK- диаметр долота (скважины), обсадной колонны, м. 2(?ца - производительность цементировочных агрегатов (ЦА) к

моменту окончания цементирования скважины, м3/с.

где Рпл. - пластовое давление, МПа на глубине Нв; РрепрУдоп. - допус­ тимая репрессия на продуктивный пласт, МПа.

Следует отметить, что в [4] предусмотрено - гидравлическая про­ грамма строительства скважины разрабатывается таким образом, что­ бы исключить гидроразрыв пласта. Эго означает, что допустимым значением давления на пласт является давление гцдроразрыва.

Для обеспечения подъема цемента за колонной на меньшую вы­ соту представляется возможным принятие минимального расчетно­

го значения репрессии на пласт Р™пПр7расчет равное 3,0 МПа, что со­

205

ответствует максимальному давлению на пласт с учетом допустимо­ го превышения гидростатического давления столба бурового раство­ ра над пластовым [4]. Таким образом предлагается при разработке гидравлической программы цементирования эксплуатационной ко­ лонны в качестве расчетного давления репрессии на пласт прини­ мать: РрепрУрасчег. = 3,0...6,0 МПа. В то время как при расчете гидрав­ лики процесса цементирования промежуточных (технических) ко­ лонн рекомендуется принять за расчетное давление репрессии на пласт, как разность между давлением гидроразрыва пласта с учетом коэффициента безопасности Кб и гидростатическим давлением стол­ ба жидкости в скважине Рт/ст

та подъема цемента за одноразмерной (сплошной) эксплуатационной колонной при заданном значении /репр^жяег. и других параметрах це­ ментирования колонны в данной конкретной скважине.

206

При цементировании потайной колонны-хвостовика, формула для определения йц/р/хв. имеет вид:

где d&K>dXB.- диаметры бурильной колонны, «хвостовика», м. Влияние на режим цементирования эксплуатационной колонны

длины вертикального участка профиля НСБО.

Было показано, что в процессе закачки цементного раствора внутрь колонны., под действием перепада давления АР, в кольцевом

пространстве скважины, создается гидродинамическое давление Р ^и

и соответственно репрессия на пласт, могущие превысить допусти­ мые значения. При одном и том же объеме цементного раствора вну­ три колонны, а следовательно длины столба, величина АР в верти­ кальной части профиля скважины больше, чем в искривленной на­ столько, насколько проекция наклонного ствола на вертикаль, мень­ ше ее длины по стволу.

Величина АР определяется по формуле:

где Яс - высота столба цементного раствора внутри колонны, м.

АР - расходуется на преодоление суммарных гидравлических со­

противлений ЕЛвдр при течении жидкостей внутри колонны Р*J j" и

в кольцевом пространстве скважины Р^ р.

где Р^ ^ 11 ~ включает потери давления при движении цементного

раствора на длине Я0 и бурового раствор на длине 1&р= Lca - Я0.

207

Приравняв (8.31) и (8.32) и, решая уравнение относительно Я 0, получено выражение для допустимой высоты столба цементного ра­ створа tfo/доп, при котором обеспечивается условие - P^njRW. <6,0 МПа. Найденное значение НЫ№Ж.соответствует длине вертикального уча­ стка профиля, т. е. глубине точки зарезки наклонного ствола скважи­ ны - Я х/ир..

Для случая использования одноразмерной сплошной эксплуата­ ционной колонны, формула для НЫдоп.^ Ят/эаР. имеет вид:

где К2 - коэффициент гидравлических сопротивлений при течении жидкости внутри обсадной (бурильной) колонны. Согласно [49] К2 = = 0,024; dn/oKl ^4н/бю <Лн/хв - внутренние диаметры обсадной буриль­ ной, «хвостовика» колонн, м. Рг^ н определяется по формуле,

Так как в период закачки цементного раствора внутрь колонны в кольцевом пространстве скважины находится только буровой рас­

208

В формуле (8.29, 8.30) E g ,^* - суммарная производительность ЦА в период закачки цементного раствора при сплошной эксплуа­ тационной колонне Е^ца/эакопределяется по формуле:

(8.38)

При использовании «хвостовика» формула для Е^ш/ик имеет вид:

(8.39)

Для количественной и качественной оценки влияния параметров режима цементирования на величины Лц/Р; Лмсц; /цгр; /м и на Но/доп. по предлагаемой методике приводятся пример расчета цементирования эксплуатационной колонны в НСБО с следующими исходными дан­ ными. Глубина скважины по вертикали - 2400 м, по стволу - 7163 м. Проектное отклонение ствола от вертикали А = 6500 м. Скважина по­ логая, тип профиля - 3-х интервальный. Глубина точки зарезки Н -^. - 250 м; максимальный зенитный угол a max = 73° на глубине 470 м по вертикали, по стволу —542 м.

Пластовое давление Р™. = 26,0 МПа; давление гидроразрыва пласта с учетом коэффициента безопасности - Рфвр. = 37,71 МПа. Рас­ четное, допустимое значение репрессии на пласт РреслрУрасч = РрепрУдоп. = = 6,0 МПа.

Диаметр скважины, dR= 215,9 мм (0,216 м); диаметр бурильных труб d o t= 127 мм (0,127 м); диаметры обсадных труб, d0K- 177,8 мм (0,178 м); 168,3 мм (0,168 м). Плотность бурового раствора, ре/Р = 1180 кг/м3; плотность цементного раствора Рц/р = 1850 кг/м3.

По формуле (8.25) допустимое давление в скважине равно:

ЕРсквУдоп. = 26,0 + 6,0 = 32,0 МПа.

209

Гидродинамическое давление в кольцевом пространстве скважи­ ны при закачке цементного раствора внутрь колонны, равное гид­ родинамической составляющей репрессии на пласт - Prim* составляет:

FSL. = 2 « Г - ргй. = 32,0 - 28,32 = 3,68 МПа,

- гидростатическое давление столба бурового раствора, равно:

= 0,01 • Нврб/Р= 0,01 • 2400 - 1,18 = 28,32 МПа.

Результаты расчета AJJ = АМСц> А ^ , Но1аоп = Ят.зар. при одно­

размерной, сплошной эксплуатационной колонне и «хвостовика» представлены в табл. 8.1; 8.2.

Таблица 8.1

Расчет расстояния от забоя скважины до места установки муфты ступенчатого цементирования, высоты подъема цемента за колонной и длины «хвостовика»

210