Расчёт и крепление обсадных колонн

Р_гст =ρ_ж ·g·L=1150·9.8·2700=30,4 МПа.

Давление гидроразрыва на глубине 2700 м:

gradР_гр ·Н=0.0173·2700=46,7 МПа.

Тогда: Р_гд <Р_гр -Р_с , Р_гд <16,3 МПа.

Допустимая скорость спуска эксплуатационной колонны 5,7 м/с.

Рисунок 6. Зависимость гидродинамических давлений от скорости спуска обсадной колонны.

5. Обоснование способа цементирования, параметров и вида тампонажных материалов

Исходные данные для расчёта цементирования эксплуатационной колонны.

Таблица 5.1.

Для качественного крепления обсадной колонны выбираем портландцемент ПЦТ-100, процесс цементирования производится в одну ступень.

Определяем водоцементное отношение для облегченного цементного раствора и для цементного раствора по формуле:

;

где r _ц = 3000 кг/м³ - плотность цемента;

- для облегченного цементного раствора:

- для цементного раствора:

Найдем необходимый объем:

- облегченного цементного раствора:

V_о.ц.р. =

V_о.ц.р. = м³ ;

- цементного раствора:

V_ц.р. =

V_ц.р. = м³ ;

- продавочной жидкости:

=(-+0,5)× =(0.0134·2819-0,5+0,5)×1,05=38,

S=(0.1461-2·0.0077)² =0.0134

- буферной жидкости:

Объем буферной жидкости должен быть таким, чтобы высота столба его в межколонном пространстве составляла 200-500 м.

==4 м³

Объем воды для приготовления:

V_в =,

где к_ц –коэффициент запаса тампонажного материала

- для цементного раствора:

кг;

V_в = м³ ;

- для облегченного цементного раствора:

кг;

V_в = м³ ;

Определим необходимое количество смесительных машин

,

где - насыпная плотность цемента; - вместимость одного бункера смесительной машины.

Количество машин для цементного раствора:

Количество машин для облегчённого цемента:

Общее число смесительных машин и цементировочных агрегатов:

n_см =2+3=5-количество цементно-смесительных машин

n_ца =1∙n_см +1рез+1вод+1цг=1∙5+1+1+1=8- количество ЦА

Рисунок 7. Схема обвязки агрегатов при цементировании.

1- цементно-смесительная машина 2СМН-20; 2- цементировочный агрегат ЦА-320М; 3- блок- манифольда БМ-700; 4- станция контроля цементирования СКЦ-2М; 5- цементировочная головка; 6- ЦА для подачи воды; 7- ЦА для начала продавки.

Определим производительность одного смесителя.

где q_ж =7л/с производительность водяного насоса агрегата ЦА-320.

, для цементного раствора.

, для цементного раствора.

, для облегчённого цементного раствора.

, для облегчённого цементного раствора.

Определим необходимое количество цементировочных агрегатов(ЦА-320М) для закачки цементного раствора.

При цементировании эксплуатационной колонны закачку буферной жидкости осуществляет один агрегат на 4-ой скорости, готовящийся в последствии закачивать нормальный цементный раствор .

Закачку облегченного цементного раствора осуществляем тремя агрегатами на 3-й скорости.

Закачку цементного раствора ведет два агрегата на 4-ой скорости.

Продавочную жидкость начинаем закачивать одним агрегатом(пробочным) на 1-й скорости, затем его отключают и готовят для заканчивания продавки, а вместо него включают 3 имеющихся агрегата на 4-й скорости. Заканчивают продавку пробочным агрегатом на 1-й скорости для определения момента «стоп».

Участие ЦА в процессе цементирования показано на рисунке 8.

Определим продолжительность закачки агрегатом ЦА-320М

Определяется планируемое время цементирования:

сек,

1скорость-Q=2,3л/с

2скорость-Q=4,3л/с

3скорость-Q=8,1л/с

4скорость-Q=14,5л/с

Для закачки используется агрегат ЦА-320М Æ125:

мин;

мин; мин; мин;

åt=tзак+(10÷15)=4.5+7.75+29.4+35.1+(10÷15)=80 мин. - время цем-ния.

Рисунок 8. Участие цементировочных агрегатов в цементировании эксплуатационной колонны.

Следует учесть, что при больших скоростях закачки тампонажного раствора при параллельной работе смесительных машин давление на цементировочной головке может превысить допустимое давление цементировочных агрегатов из-за чрезмерного роста гидравлических сопротивлений внутри обсадной колонны и кольцевом пространстве.

Расчет процесса закачки выполнен на ЭВМ и прилагается к курсовому проекту.

6. Обоснование способа контроля качества цементирования

Для определения глубины кровли тампонажного камня и наличия плотного контакта между камнем, обсадной колонной и стенками скважины широко применяется способ акустической цементометрии (АКЦ). При акустической цементометрии измеряют амплитуды звуковых волн, распространяющихся от спущенного в скважину источника по обсадной колонне и по горным породам, в разных точках по глубине. Амплитуда колебаний, распространяющихся по колонне, окруженной промывочной жидкостью, значительно больше амплитуды на том участке, где она плотно прижата к камню, а амплитуда сигнала, прошедшего по горным породам, тем больше, чем плотнее контакты между колонной, камнем и стенками скважины.

Способ позволяет достаточно правильно найти глубину кровли камня, если плотность промывочной жидкости меньше плотности тампонажного раствора не менее чем на 200 кг/м³ . Кривую АКЦ первый раз следует регистрировать до замены продавочной жидкости в колонне жидкостью меньшей плотности и опрессовки. Если записать кривую АКЦ повторно после уменьшения давления в колонне, можно по изменению амплитуды выявить те участки, на которых между колонной и камнем мог нарушиться контакт при радиальном сжатии обсадных труб.

Герметичность обсадной колонны проверяют опрессовкой. Предварительно в эксплуатационной колонне, а также в тех промежуточных колоннах и кондукторах, на которых должно быть установлено противовыбросовое оборудование, уточняют положение цементного стакана. Если длина его велика, излишнюю часть стакана до посадочного седла для разделительной пробки разбуривают. Для проверки герметичности эксплуатационной колонны продавочную жидкость в ней заменяют водой и на устье создают избыточное давление Р_0П , которое должно на 10 % превышать наибольшее ожидаемое в этом сечении в период опробования, испытания или эксплуатации скважины; давление опрессовки должно быть не меньше 12,5 МПа.

Колонну признают герметичной, если после замены продавочной жидкости водой не возникают перелив последней и выделение газа на устье и если в период выдержки колонны под давлением снижение последнего в течение 30 мин не превышает 0,5 МПа. Контроль за изменением давления начинают через 5 мин после создания заданного давления опрессовки.

Если внутреннее давление в обсадной колонне после образования тампонажного камня будет существенно больше того, при котором он формировался, камень может растрескиваться в результате радиального расширения обсадных труб, тогда крепь станет негерметичной. Опасное повышение давления в колонне возможно как при опрессовке, так и при эксплуатации скважины. Предотвратить растрескивание камня можно, если опрессовывать колонну до начала формирования цементной оболочки, а на период эксплуатации в обсадную колонну спускать НКТ с пакером внизу и в межколонном пространстве после пакеровки поддерживать давление не выше того, при котором шло формирование камня.

7. Выбор и обоснование способа освоения скважины

Основным работающим объектом является продуктивный пласт БС16-22. С учетом этого фактора в качестве основного принимается перфоратор типа ПК-105:

- плотность перфорации – 10 отв/м;

- мощность интервала перфорации – 50м;

- количество одновременно спускаемых зарядов – 20 шт.

Перфорация производиться при заполнении эксплутационной колонны, от искусственного забоя на 150 м выше интервала перфорации, водным раствором хлористого кальция (для колонны Ǿ 146мм объем 2м³ ).

Опробование скважины испытателем пластов представляет, в сущности, заканчивание скважины, при котором исследуемая зона некрепленного ствола скважины изолируется, разгружается от гидростатического столба жидкости и может давать приток через колонну труб.

Перед началом опробования в течении некоторого времени создают циркуляцию, чтобы удалить из скважины выбуренною породу, а раствор должен быть доведен до необходимых удельного веса и вязкости. Пакер должен быть установлен на участке ствола скважин, где диаметр близок к номинальному, и в наиболее плотных и устойчивых породах.

В процессе бурения без установки цементных мостов проектируется испытать на приток с помощью пластового испытателя КИИ-146 с получением гидродинамических параметров.

Вызов притока осуществляется свабированием. Свабирование осуществляется со стандартного подъемника А-50 и с использованием геофизического подъемника, оснащенного стальным каротажным кабелем.

Величина депрессии на пласт при вызове притока находиться в пределах 100-140 атм. В проекте принимается величина депрессии равна 100 атм, что соответствует снижению уровня до 1000 м.

При вызове притока свабированием необходимо выполнять следующие основные требования:

1.Торцевые части НКТ, предназначенных для спуска для спуска в интервал свабирования, должны быть отрайбированы.

2. До начала работ должны быть опрессованы:

- фонтанная арматура на давление опрессовки обсадной колонны;

- межтрубное пространство эксплутационной колонны и кондуктора на 90 кгс/см² ;

- лубрикатор и его сальник на 100 кгс/см² .

3. При спуске в скважину одноразмерной колонны НКТ 73 мм. В нижней части колонны НКТ устанавливается безопасная муфта-воронка с внутренним диаметром 50 мм.

4. Накопительная емкость, куда поступает поднятая из скважины свабом жидкость, должна быть оборудована указателем объема жидкости в ней.

5. Трубные и затрубные задвижки фонтанной арматуры в процессе свабирования должны быть открыты.

6. Не допускается опорожнение колонны ниже уровня, указанного в плане на свабирование.

7. Все участники и производители работ должны быть инструктированы по технологическим правилам и мерам безопасности проведения операции вызова притока свабированием.

8. Свабирование должно производиться до получения фонтанного притока жидкости из пласта или до снижения уровня в колонне до проектной глубины в соответствии с планом освоения скважины.

8. Вопросы ОТ, ОС и ТБ при заканчивании скважин

Спуск и цементирование обсадных колонн в цикле строительства скважины, травмоопасные и ответственные процессы.

Крепление скважины допускается только после проверки мастером и механиком основных узлов вышки, ее вертикальности, надежности талевой системы, лебедки, ротора, фундамента вышки и правильности показаний КИП. Крепление скважины недопустимо без утвержденного главным инженером плана проведения соответствующих работ, акта на опрессовку цементировочной головки и обратных клапанов. Трудоемкость крепления скважины связано с подготовкой обсадных труб к спуску, навинчиванием и цементированием труб, перемещением элеватора на столе ротора, закрытием крышки элеватора, при цементирование скважины трудоемок процесс загрузки цементосмесительной машины.

В процессе закачивания цемента в скважине создается очень высокое давление и по этому персонал не должен находиться в опасных зонах, так же запрещены ремонтные работы.

При вскрытии продуктивных пластов возможны нефтегазопроявления и одна из опасностей - это наличие сероводорода. При этом следует уделять особое внимание удельному весу промывочной жидкости и других ее параметров. На каждой буровой должны быть приборы - газоанализаторы, противогазы, а также комплект безискрового инструмента.

При освоении скважины:

- для каждой скважины, подлежащей освоению, составляется план с учетом технологических регламентов на эти работы и назначением ответственных лиц за их выполнение;

- вторичное вскрытие должно производится при обвязке устья скважины превенторной установкой для перфорации;

- при перфорации скважина заполняется взрывобезопасной жидкостью- солевым раствором;

- вызов притока флюидов осуществляется с использованием взрывобезопасной пенной системой;

- устье скважины, манифольдный блок и выкидные линии обвязываются с емкостями для сбора флюидов только жесткими трубопроводами.

Выбор рациональной конструкции скважины является основным этапом проектирования, обеспечивающим качество строительства скважины.

Проектная конструкция несет в себе следующие природоохранные функции: - обеспечивает охрану от загрязнения поверхностных грунтовых вод обязательным спуском направления и подъемом ЦР за ним до устья;

- обеспечивает охрану недр надежным разобщением флюидосодержащих горизонтов друг от друга, предупреждая перетоки;

- предупреждает возникновение нефтегазоводопроявлений и открытых выбросов путем использования рационального количества обсадных колонн, расчета глубин их спуска, изоляции нефтегазоводоносных горизонтов тампонажными растворами за всеми обсадными колоннами, а также обязательной установкой на предыдущую колонну противовыбросового оборудования при наличии в разрезе скважины напорных нефтяных горизонтов;

- для улучшения сцепления цементного камня со стенками обсадных труб и стенками скважины в проекте предусматривается предварительная прокачка нетоксичной буферной жидкости, разрушающей глинистую корку.

Все выборы по цементированию обсадных колонн осуществляются с установкой техники на специальной площадке у устья скважины. Не допускаются разливы жидких отходов цементирования. Перевозка сухих цементов, глинопорошка и их смесей до буровой площадки предусматривается спецтранспортом и в спецтаре.

Специальная часть

Подготовка ствола скважины и обсадных труб к цементированию

Подготовка ствола скважины.

Правильная подготовка ствола скважины имеет существенное значение для допуска обсадной колонны до намеченной глубины и обеспечения качественного цементирования.

Большое значение при этом имеет обеспечение проходимости обсадной колонны по стволу. Для правильного решения этой задачи необходим детальный анализ условий бурения в закрепляемом обсадной колонной интервале, а также данных кавернометрии и инклинометрии.

Анализом фактических данных бурения скважины выявляются все интервалы затяжек и посадок колонны бурильных труб, сужений и номинального диаметра, интервалы со значительным изменением углов искривления и азимута. Затем составляется план проработки и шаблокирования ствола скважины. Проработке подлежат все интервалы, в которых происходили затяжки и посадки колонны бурильных труб в процессе бурения, а также интервалы с наличием сужений ствола, определенных по кавернограмме. Особенно тщательно следует проработать интервалы со значительными изменениями углов искривления и азимута. Рекомендуется проработку производить трехшарошечными долотами при следующих скоростях:

а) интервалов сужений ствола — 35—40 м/ч; б) интервалов с постоянными затяжками и посадками колонны бурильных труб — 20—25 м/ч; в) призабойной зоны (100 м) вне зависимости от состояния ствола — 20—25 м/ч.

Ствол рекомендуется прорабатывать только роторным способом, так как при этом гарантируется вращение долота, а вращающаяся колонна бурильных труб уплотняет корку и способствует лучшему выносу породы из скважины.

В начальной стадии проработки в глинистый раствор должны быть введены различные добавки, способствующие уменьшению вероятности прихватов инструмента (графит, нефть, ПАВ и др.). Формирование глинистой корки протекает при наличии указанных добавок, что является благоприятным фактором.

В процессе проработки скважина промывается при максимально возможной производительности насосов для полной очистки ствола от породы, осадка и пр. Нельзя допустить проработку скважины, если глинистый раствор имеет вязкость и CHС высокие, так как может резко ухудшиться вынос породы и осадка из скважины. Поэтому в процессе проработки следует систематически обрабатывать раствор химическими реагентами.

При выборе компоновки низа бурильной колонны необходимо руководствоваться следующими положениями:

а) если ствол сужен и происходили посадки и затяжки колонны, не вызываемые желобами, проработка скважины должна осуществляться той же компоновкой, которая использовалась в процессе бурения ствола;

б) если имеются желоба, искривления ствола более 1° на 10 м и происходили резкие изменения азимута (более чем на 80—90°), проработка ствола должна осуществляться следующей компоновкой бурильной колонны: долото трехшарошечное; 8—10 м УБТ; трехшарошечный расширитель того же диаметра, что и долото; 20—25 м УБТ; трехшарошечный расширитель и остальная часть УБТ; четырех- и пятилопастной центратор на 5—10 мм меньше диаметра долота; бурильные трубы.

Процесс подачи долота при проработке рекомендуется осуществлять непрерывно. Длительное вращение долота на одном месте может быть причиной забуривания второго ствола, особенно при наличии кривизны ствола более чем 6—8°.

После окончания проработки необходимо интенсивно промыть скважину в течение 1,5—2 циклов и произвести химическую обработку раствора с целью доведения его параметров до параметров, обусловленных геолого-техническим нарядом.

Проработка ствола является непременным условием подготовительных работ, осуществляется она не столько для удаления глинистой корки со стенок скважин, но также для восстановления нормального диаметра в зонах сужений, при посадках, затяжках колонны и т. д. В последнее время все шире начинает распространяться (особенно при креплении скважин обсадными колоннами с большой жесткостью, а также в процессе спуска колонн на большие глубины) шаблонирование (калибровка) ствола колонной с жесткой компоновкой.

Жесткость компоновки достигается установкой одного или двух (очень редко трех) расширителей (центраторов) по диаметру долота. Компоновка бурильной колонны при шаблонировании может быть следующей:

а) долото; 12 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

б) долото; расширитель (центратор); 12 м УБТ, расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

в) долото; 12 м УБТ; расширитель (центратор); 12 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

г) долото; 24—27 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы;

д) долото; расширитель (центратор); 6—8 м УБТ; расширитель (центратор); 12 м УБТ; расширитель (центратор); остальная часть УБТ; бурильные трубы.

При шаблонировании ствола спускают до забоя колонну одной из указанных выше компоновок, из которых рекомендуется тип «д», интенсивно промывают ствол на забое и затем поднимают колонну на поверхность. Все интервалы затяжек и посадок, выявленные в процессе шаблонирования, прорабатываются до полного их устранения.

Для осуществления указанных требований при подготовке ствола скважины к спуску колонны придерживаются определенного порядка работ.

1. В процессе последнего рейса перед осуществлением полного объема электрометрических работ в промывочную жидкость вводят нефть, графит, ПАВ и другие необходимые добавки, доводя их содержание до установленных норм для данной площади. В нефти как добавке во избежание коагуляции промывочной жидкости не должно содержаться более 2% примесей пластовой воды.

2. На основании анализа фактического материала по бурению выявляют все интервалы, в которых происходят затяжки и посадки бурильных труб при спускоподъемных операциях.

3. Подбирают данные об интервалах сужений, номинальном диаметре, о кавернах и желобах по стволу скважины, а также об


29-04-2015, 00:43