Расчет цементирования направления.
Исходные данные:
1. диаметр долота под направление - 394 мм;
2. наружный диаметр направления - 324 мм;
3. толщина стенки направления -10 мм;
4. глубина спуска направления - 30 м:
5. высота подъема цементного раствора за колонной - 30 м;
6. высота цементного стакана - 5 м;
7. водоцементное отношение - 0,5;
8. удельный вес цементного раствора - 1,73 г/см";
9. удельный вес технической воды - 1,0 г/см .
Определяем потребное количество цементного раствора Vц.р :
Vц.р = 0,785 * [ ( D2 скв - d 2 H ) * H + d 2 B * h ]
Где DCKB - диаметр скважины, м;
d н - наружный диаметр направления, м;
Н - высота подъема раствора за колонной, м;
d B - внутренний диаметр направления, м;
h - высота цементного стакана, м.
Dскв = К * Dдол
Где К - коэффициент кавернозности, равен 1,25;
Вдол - диаметр долота, м. Dскв = 1,25* 0,394= 0,492мVц.р = 0,785 *[ (0,4922 - 0,3242 ) *30 + 0,304 2 * 5] = 3,9 м3
Определяем потребное количество сухого цемента:
Gц = 1 * Yц.р * Vц.р / ( 1 + m)
Где Yp - удельный вес цементного раствора, г/см3 ;
m - водоцементное отношение.
Gц = 1 * 1,73 * 3,9/( 1 + 0,5 ) = 4,8 т
Определяем потребное количество воды для затворения цемента:
VB = m * Gц = 0,5 * 4,8 = 2,4 м3
Определяем объем продавочной жидкости:
Vnp = 0,785 * S * d2 вн * ( H-h )
Где S – коэффициент, учитывающий сжатие жидкости
S = 1,03 – 1,05
dвн – внутренний диаметр направляющей, м
Vnp = 0,785 * 1,03 * 0,3042 (30 – 5 ) = 1,87 м3
Определяем давление в цементировочной головке в конце цементирования
Рк = Рr + Рр
Где Рr – давление на преодоление гидравлических сопротивлений в скважине.
Рр – давление, создаваемое разностью удельных весов цементного раствора и технической воды.
Рr = 0,01 * Н + 8 = 0,01 *30 + 8 = 8,3 МПа
Рр = 0,1 * (Н - h) * ( γц.р. – γв. ) = 0,1 * (30 – 5 ) * ( 1,73 – 1 ) = 21 МПа.
Рк = ( 8,3 + 2,1 ) * 105 = 1,04 МПа
Количество цементных агрегатов ЦА -320 -1шт.
Количество цементных машин СМ – 20 – 1 шт.
Расчет цементирования кондуктора.
Исходные данные:
1. диаметр долота под кондуктор - 295,3 мм;
2. наружный диаметр кондуктора -245 мм;
3. толщина стенки кондуктора - 8 мм;
4. внутренний диаметр кондуктора - 229 мм;
5. высота подъема цементного раствора за кондуктором -330м;
6. высота цементного стакана -10м;
7. коэффициент кавернозности - 1,25;
Определяем потребное количество цементного раствора:
Vц.р = 0,785 * [ ( D2 скв - d2 H ) * H1 + (D2 BH - d2 H ) * Н2 + d2 B * h ]
Где DCKB - диаметр скважины, м;
d н - наружный диаметр кондуктора, м;
HI - высота подъема раствора за колонной в необсаженной части» м;
Н2 - высота подъема раствора за колонной в обсаженной части, м;
d в - внутренний диаметр кондуктора, м;
h - высота цементного стакана, м.
Dскв = K * Dдол
Где К - коэффициент кавернозности, равен 1,25; Dдол - диаметр долота, м.
Dckb = 1,25 * 0,295 = 0,369 м
V ц.р = 0,785 * [ ( 0.3692 - 0,2452 ) * 330 + ( 0,3042 - 0,2452 ) * 30 + 0,2292 * 10 ] = 20.6 м3
Определяем потребное количество сухого цемента:
Gц = 1 * Yц.р * Vц.р / ( 1 + m )
Где Yц.р - удельный вес цементного раствора, г/см3 ;
m - водоцементное отношение.
Gц = 1 * 1,73 * 20.6 / ( 1+0,5 ) = 25,3 т
Определяем потребное количество воды для затворения цемента:
Vв = m * Gц = 0,5 * 25,3 = 12,65 м3
Определяем объем продавочной жидкости:
Vпр = 0,785 * S * d2 вн ( Н – h )
Где S – коэффициент, учитывающий сжатие жидкости.
S = 1,03 – 1,05
dвн = внутренний диаметр кондуктора.
Vпр = 0,785 * 1,03 * 0,2292 * ( 330 – 10 ) = 14,6 м3
Определяем давление в цементировочной головке в конце цементирования.
Рк = Рr + Рр
Где Рr – давление на преодоление гидравлических сопротивлений в скважине.
Рр - давление, создаваемое разностью удельных весов цементного раствора и технической воды.
Рг = 0,01 * Н + 8 = 0,01 * 330 + 8 = 11,55 кгс/см = 1,15 МПа
Рр = 0,1 * (Н - h) * ( Yц.р - Yв ) = 0,1 *( 330 – 10 ) * ( 1,73 - 1,0 ) = 2,3 МПа;
Рк = ( 11,3 + 23 ) * 105 = 3,4 мпА
Количество цементировочных агрегатов ЦА-320 - 2 шт.
Количество цементосмесительных машин СМ – 20 - 1 шт.
Расчет цементирования эксплуатационной колонны:
Во избежание гидроразрыва пластов или нарушения их изоляции при цементировании скважин, для разобщения верхних водоносных пластов применяют облегченные тампонажные растворы и, в частности, гельцементный раствор (ГЦР). Проектом предлагается применение гельцементного раствора в интервале 0 - 1075м и цементного раствора в интервале 1075- 1875м (800м).
Исходные данные:
1. диаметр долота под эксплуатационную колонну - 215,9 мм;
2. наружный диаметр эксплуатационной колонны -146 мм:
3. толщина стенки эксплуатационной колонны - 7 мм;
4. внутренний диаметр эксплуатационной колонны - 132 мм;
5. высота подъема цементного раствора за колонной - 800м;
6. высота подъема гельцементного раствора за колонной —1075м;
7. высота цементного стакана -10м;
8. коэффициент кавернозности- 1.3
1. Расчет для цементирования интервала 1075-1875 м цементным раствором:
Определяем потребное количество цементного раствора для интервала 1075- 1875 м.
Vц.р. = 0,785 * [ ( D2 скв – d2 н ) * Н1 + d2 в * h ]
Где Dскв – диаметр скважины в необсаженной части, м;
dн – наружный диаметр эксплуатациооных колонн, м;
dв – внутренний диаметр эксплуатационной колонны;
h – высота цементного стакана
Dскв = К * DДОЛ.
Где К – коэффициент каверзности, равен 1,3.
Dдол - диаметр долота, м.
D скв = 1,3 * 0,2159 = 0,28 М
Vц.р. = 0,785 * [ ( 0,282 - 0.1462 ) * 800 + 0, 1322 * 10 ] = 32,6 м3
Определяем потребное количество сухого цемента:
Gц = 1 * Yц .р * Vц .р / ( 1+m )
Где Yц .р. - удельный вес цементного раствора, г/см3 ;
m - водоцементное отношение.
Gц = 1*1,73 * 32,6 / ( 1+0,5 ) = 37,5т
Определяем потребное количество воды для затворения цемента:
VB = m*Gц. = 0,5 * 37,5 = 18,75 м3
Определяем объем продавочной жидкости:
Vпр = 0,785 * S * d2 вн * ( H – h )
Где S - коэффициент, учитывающий сжатие жидкости, S — 1,03-1,05;
d вн - внутренний диаметр эксплуатационной колонны, м;
Vпр = 0,785 * 1,03 * 0,1322 * (800 - 10) = 11,1 м3
2. Расчет для цементирования интервала 0-1075м гельцементным раствором:
Определяем потребное количество гельцементного раствора для интервала 0 – 1075 м.
Vцр = 0,785 * [ ( D2 скв - d2 н ) * Н1 + ( D2 в.н. - d2 н ) * Н2 ]
Где Dскв - диаметр скважины в необсаженной части, м;
dн - наружный диаметр эксплуатационной колонны, м;
Н1 - высота подъема гельцементного раствора за колонной в данном интервале в необсаженной част ствола скважины, м;
D в.н. = К * Dдол
Где К – коэффициент каверзности, равен 1,3;
Dдол – диаметр долота.
Dскв = 1,3 * 0,2159 = 0,28 м
Vцр = 0,785 * [ ( 0,282 – 0,1462 ) * 745 = ( 0,2292 – 0,1462 ) * 330 ] = 41,4 м3
Определяем Для определения весового соотношения компонентов и расхода материалов на приготовление 1 м3 ГЦР и выход ГЦР, плотностью 1,65 г/см3 пользуемая следующим расчетом.
3. Расчет компонентов гельцементного раствора:
Водоцементное отношение ГЦР рассчитываем по формуле:
Y г.ц. = ( 1 + mг + mв ) / (1/Yц + mг /Yr + mв / Yв ) Где Y г.ц. - удельный вес ГЦР - 1,65 г/см3 ;
Yц - удельный вес сухого цемента - 3,15 г/см3
Yr - удельный вес глинопорошка - 2,58 г/см3 ;
YB - сдельный вес воды - 1,0 г/см3 ;
mг - глиноцементное отношение, принимаем равным 0,2;
mв - водоцементное отношение.
1,65 *mв = ( 1 + 0,2 + mв ) / (l/3,15 + 0,2/2,58 + mB /1,0 )
получаем mB =0,85.
Расход цемента на приготовление 1 м3 ГЦР определяется по формуле:
qц = Yц Yr Yв / [ Yr Yв + mr Yц Yв + Wc Yц Yr ( l + mr )]
где Wc –водосмесевое отношение, по данным лаборатории принимается равным 0,85.
qц = 3,15 * 2,58 * 1,0 / [2,58 + 0,2 * 3,15 * 1,0 + 0,85 * З,15 * 2,58 * (1 + 0,2)] = 0,7 т/м3
Определим необходимое количество глинопорошка и воды для приготовления 1 м3 ГЦР:
qr = qц mr = 0,7 * 0,2 = 0,14 т/м3
qB = qц mB = 0,7 * 0,85= 0,6 t/m3
Определим необходимое количество комопнентов для приготовления необходимого количества ГЦР:
1. цемента- 43,9 * 0,7 = 30,7 т
2. глинопорошка - 38,8 * 0,14 = 6,1т
3. воды - 38,8 * 0,6 = 26,3 м3
Определяем количество воды для прдавки ГЦР:
Vnp =0,785 * S * d 2 вн * H
Где S - коэффициент, учитывающий сжатие жидкости, S = 1,03 - 1,05;
dвн – Ввнутренний диаметр эксплуатационной колонны , м.
Vnp = 0,785 * 1,03 * 0,1322 * 1075= 15,5м3
4. Расчет времени цементирования, расчет необходимого количества цементировочных агрегатов и смесительных машин.
Определяем давление в цементировочной головке в конце цементирования:
Рк = Рr + Рр
Где Рг - давление на преодоление гидравлических сопротивлений в скважине;
Рр - давление, создаваемое разностью удельных весов цементного раствора и технической воды.
Рr = 0,02Н + 16 = 0,02 * 1875 + 16 = 5,35 МПа
Где Н – глубина спуска эксплуатационной колонны
Рр = 0,1 * [ ( Yг.ц. – Yв. ) Н1 + ( Yц.р. – Yв. ) * ( Н2 - h) ]
Где Yг.ц. – удельный вес ГЦР – 1,65 г/см3 ;
Yц.р – удельный вес цементного раствора – 1,73 г/см3 ;
Н1 – высота подъема гельцементного раствора за колонной 1075м;
Н2 - высота подъема цементного раствора за колонной -800 м;
h - высота цементного стакана-10м.
Рр = 0,1 * [ ( 1,65 - 1,0 ) * 1075 + ( 1,73 - 1,0 ) * ( 800 – 10 ) ] = 127,5 * 10 5 Н/м = 12,7 МПа Рк = ( 53,54 + 127,5 ) * 105 = 18.1 * 10 б Н/м2 = 18,1 МПа
По величине Рк выбираем цементировочный агрегат ЦА – 320.
Техническая характеристика ЦА-320
| Режим работы |
скорость |
Подача, диаметр втулки 100 мм |
||
| м3 /мин |
л/с |
Давление, МПа |
||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
| Максимальная производительность |
2 |
0,182 |
3,0 |
30,5 |
| 3 4 |
0,350 |
5,8 |
15,9 |
|
| 0,627 |
10,4 |
8,8 |
||
| 5 |
0,811 |
13,5 |
6,9 |
|
| Максимальное давление |
2 |
0,175 |
2,9 |
32,0 |
| 3 |
0,266 |
4,4 |
19,2 |
|
| 4 |
0,472 |
7,8 |
10,3 |
|
| 5 |
0,610 |
10,1 |
8,0 |
|
Сравнивая Рr с давлением, развиваемым насосом агрегата, видим, что Рг < Р5 значит закачку цементного раствора в колонну произведем на 5 скорости.
Определяем высоту цементного раствора в скважине перед продавкой:
Н0 = V пр / 0,785 * [ ( D2 скв – d2 н ) + d2 вн ]
Где V пр - общий объем цементного раствора – 76,5 м3 ;
D скв - диаметр необсаженного ствола скважины – 0,28 м;
dн – наружный диаметр эксплуатационной колонны – 0,146 м;
dвн – внутренний диаметр эксплуатационной колонны – 0,132 м.
Н0 = 76,5/0,785 * [ ( 0,282 – 0,1462 ) + 0,1322 ] = 1260 м.
Следовательно высота воды над цементным раствором равна:
L0 = 1875 – 1260 = 615 м
а = ( Н0 – h )/ Рр = ( 1260 – 10 )/127,5 * 105 = 9,8 * 10-5 мп3 /Н
Сопоставляя Рк с давлением в насосах агрегата, видим, что Рк > Р4 и Рк < Р3 . Определяем высоту столбов (продавочной жидкости, закачиваемой на различных скоростях агрегата:
L5 пр = L0 + а ( Р5 – Рr ) = 615 + 9,8 * ( 8 – 5,35 )= 874,7 м
L4 пр = а ( Р4 – Р5 ) = 9,8 * ( 10,3 – 8 ) = 225,4 м
L3 пр = а ( Рк – Р4 ) = 9,8 * ( 18,1 – 10,3 ) = 764,4 м
Количество продавочной жидкости, закачиваемой на различных скоростях:
V5 пр = 0,785 * d2 вн * L5 пр = 0,785 * 0,1322 * 874,7 = 13,3 м3
V4 пр = 0,785 * d2 вн * L4 пр = 0,785 * 0,1322 * 225,4 = 3,08 м3
V3 пр = 0,785 * d2 вн * L3 пр = 0,785 * 0,1322 * 764,4 = 10,45 м3
Итого Vпр = 26,8 м3 . С учетом коэффициента сжимаемости Vпр = 27,6 м3
Определяем продолжительность цементирования при условиях работы одного агрегата.
Время работы одного агрегата на 5 скорости:
Т5 = ( V5 цр + V5 пр ) * 1000/q5 * 60
Где q5 - производительность агрегата на 5 скорости, л с.
Т5 = ( 73,1 + 13,3 ) * 1000 / 13,5 * 60 = 106 мин.
Время работы одного агрегата на остальных скоростях:
Т4 = (3.08 *1000 / 10.4 * 60 = 4.9 мин.
Т3 = ( 10.45 - 1,7 ) * 1000/5,8 * 60 = 25,1 мин.
1,7 м3 воды прдавливаем на 2 скорости с целью избегания гидравлического удара.
Т2 = 1,7 * 1000 / 3,0 * 60 = 9,4 мин
Общее время цементирования:
Тц = 106 + 4,9 + 25,1 + 9,4 = 145,4 мин.
С учетом подготовительно – заключительных работ:
Тобщ = Тц + 15 = 145,4 + 15 = 160 мин.
Определяем температуру на забое скважины:
Т ̊заб = Т°ср + 0,025 Н
Где Т°ср - среднегодовая температура воздуха, °С:
Н - глубина скважин, м.
Т ̊заб = 10 ̊ + 0,025 * 1875 = 56,8 ̊С.
Определяем количество агрегатов:
По времени схватывания:
N = Тц /( 0,75 * Тсхв ) = 1
Где Тсхв - время начала схватывания, мин;
N = 160/( 0,75 * 105 ) + 1 = 3
По скорости:
N = 0,785 ( D2
crd
– d2
н
) * V * 1000/q5
29-04-2015, 00:39