Обоснование параметров цементного раствора, расчет количества материалов, цементировочной техники и разработка схемы ее обвязки при цементировании эксплуатационной колонны в разведочной скважине

Пример 2

Условие задачи:

Обосновать параметры цементного раствора, рассчитать количество материалов, цементировочной техники и разработать схему ее обвязки при цементировании эксплуатационной колонны в разведочной скважине. Конструкция скважины: кондуктор диаметром 426,0 мм спущен на глубину 350м, первая промежуточная колонна диаметром 323,9 мм спущена на глубину 1400м, вторая промежуточная колонна диаметром 244,5 мм спущена на глубину 2000 м, эксплуатационная колонна диаметром  168,3 мм спущена на глубину 4300м. Диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну – 215,9 мм. Толщина стенки труб эксплуатационной колонны - 10,6 мм, второй промежуточной – 10,0 мм. Индекс давления поглощения в интервале 2000 – 2500 м равен 1,68; в интервале 2500 – 4200 равен 1,87; в интервале продуктивного пласта 4200 – 4300 равен 1,73. Для вскрытия продуктивного пласта использован глинистый раствор плотностью 1450 кг/м³. Забойная температура 92⁰С.

Решение.

Для цементирования интервала  продуктивного пласта и выше него необходимо применить тампонажный раствор нормальной плотности (1850 кг/м³). С учетом забойной температуры в интервале 2500 – 4300 м рекомендуется использовать тампонажный портландцемент ПЦТ - 1- 100  ГОСТ 1581- 96, с водоцементным отношением 0,5. Для регулирования свойств тампонажного раствора использованы ССБ - 0,2%, хромпик - 0,2%.

В интервале 0 – 2500 м необходимо использовать облегченный тампонажный цемент, плотность которого определяется из условий (9.2). Согласно этих рекомендаций нижняя граница плотности  тампонажного раствора должна быть на 200 кг/м³ больше плотности промывочной жидкости, т.е. 1650кг/м³. Далее, необходимо проверить возможность подъема цементного раствора выбранных рецептур до устья. Сначала проверяется отсутствие поглощения тампонажного раствора в интервале слабого пласта (Рскв ‹  Ргст + Ргд). Поскольку расчет гидродинамических давлений достаточно сложен, их величину в конце цементирования можно принять равными 5-10 % от гидростатического давления.

При этом давление поглощения на глубине 2500м будет равно =1000×9,81×2500×1,68=41,2МПа. Условие недопущения поглощения будет выражаться уравнением   ³ 1,1.                     

1,1× = 1,1×1650×9,81×2500 = 44,5МПа › 41,2 МПа.

  Следовательно, при выбранной плотности цементного раствора возможен недоподъем цементного раствора. Примем  ρ_оцр = 1500кг/м³, и еще раз проведем проверку. 

1,1× = 1,1×1500×9,81×2500 = 40,5МПа ‹ 41,2 МПа. Условие выполняется.       

Такая же проверка проводится и для продуктивного пласта. 

=1000×9,81×4300×1,73 = 73МПа

1,1× = 1,1((1500×9,81×2500) + (1850×9,81×1800)) = 76,45МПа › 73,0 МПа.

       Поскольку существует опасность поглощения в продуктивном пласте, приходится уменьшать высоту интервала зацементированного чистым цементом, принимаем его равным 1000м и проводим повторную проверку.

1,1× = 1,1((1500×9,81×3300) + (1850×9,81×1000)) = 66,7МПа ‹ 73,0 МПа.

2. Определение объемов тампонажных растворов:

Объем цементного раствора

=(-)×l₁+,

где -диаметр эксплуатационной колонны,-объем цементного стакана.

=1,1=1,1×0,216=0,237м,

=(0,237² – 0,168²)×1000 + 0,25 = 22,2м³,

Объем облегченного цементного раствора

=[(0,237² – 0,168²)×1300 + (0,225² – 0,168²)×2000] = 63,7 м³,

Объем продавочной жидкости

= (-+0,5)× = (1,27×4300/100 - 0,25 + 0,5)×1,05 = 57,6,

S_кп = (-) = 0,02 м³.

     Объем буферной жидкости взят с таким расчетом, чтобы ее высота в кольцевом пространстве составила не менее 150 м.  =0,02×150=3

3. Определение количества цемента и воды для затворения.

      Количество цемента для приготовления 1 м³ цементного раствора определяется из уравнения:

где     плотность цементного раствора, кг/м³;

В/Ц – водоцементное отношение.

Тогда

    Объем воды, необходимый для затворения этого количества цемента

   Определение количества облегчённого цемента и воды для затворения ведется аналогичным формулам аналогичным формулам

     Для расчета реологических параметров растворов воспользуемся следующими формулами

                                           ;           

Цементный раствор: ; .

 Облегченный цементный раствор:

    ;

Буровой раствор:  ; 

В качестве буферной жидкости будет применяться техническая вода с плотностью 1050 кг/м³.

4. Определение количества цементировочной техники:

    Определяется число смесительных машин для каждого вида тампонажного материала (п_см):        _,

где     т_НАС  - насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м³;

V_БУНК  - ёмкость бункера смесительной машины, м³.

Цементный раствор (смесители 2МСН-20)

Облегченный цементный раствор (смесители 2МСН-20)

Производительность смесителя 2СМН-20 по цементному раствору:

где  Q_В – производительность водяного насоса, л/с;

     Производительность смесителя 2СМН-20 по облегченному цементному раствору