Расчёт одноступенчатого цементирования эксплуатационной колонны в вертикальной скважине
Самарский Государственный Технический Университет
Факультет Нефтетехнологический
Кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин»
Контрольная работа
Расчёт одноступенчатого цементирования
эксплуатационной колонны в вертикальной скважине
Вариант 15
Студент IV-НТФ-5
Низамова М.М.
Руководитель, доцент Рябов Н. И.
Оценка _________
Самара 2009
Расчёт одноступенчатого цементирования
эксплуатационной колонны в вертикальной скважине произведен по следующим данным:
| № | Параметры | Обозначение | Размерность | Вариант №15 |
| 1 | Глубина скважины | L | м | 2700 |
| 2 | Диаметр долота | Dскв | м | 0,2159 |
| 3 | Наружный диаметр труб | Dн | м | 0,146 |
| 4 | Толщина стенки труб | δ | мм | 8 |
| 5 | Высота подъёма цементного раствора от "башмака" | H | м | 1500 |
| 6 | Высота подъёма цементного раствора от "башмака" до кольца "стоп" | h | м | 20 |
| 7 | Коэффициэнт увеличения объёма ствола скважины за счёт коверн | Ку | м | 1,4 |
| 8 | Плотность сухого цементного порошка | ρс.ц. | кг/м3 | 3150 |
| 9 | Водоцементное отношение | m | - | 0,5 |
| 10 | Плотность продавочного раствора | ρр | кг/м3 | 1200 |
| 11 | Коэффициэнт потерь цемента при приготовлении цементного раствора | К1 | - | 1,02 |
| 12 | Коэффициэнт сжатия продавочной жидкости | Δ | - | 1,05 |
Рис. 1. Схема размещения цементного раствора в конце продавки.
Решение
1. Внутренний диаметр обсадной колонны
2. Объём цементного раствора
3. Количество сухого цемента для приготовления 1м3 цементного раствора
4. Плотность цементного раствора:
5. Количество цемента и воды для приготовления цементного раствора
6. Количество сухого цемента с учётом потерь при приготовлении
7. Количество цементно-смесительных машин
где Mц.см – вместимость бункера цементосмесительной машинки ЦСМ-20
8. Объём продавочной жидкости
9. Гидростатическое давление в конце продавки
Теория одноступенчатого цементирования
Одноступенчатое цементирование скважин (single-stage well cementing) - цементирование, при котором цементный тампонажный раствор поднимается до проектной высоты в один приём.
Цементирование по этому способу осуществляется в тех случаях, когда скважина не имеет осложнений. Перекрываемые пласты не поглощают раствор, высота перекрытия ствола скважины цементным раствором позволяет цементировать при однократной подаче цементного раствора.
После спуска в скважину обсадной колонны на верхней муфте укрепляют промывочную головку, обвязывают её с насосами буровых установок, и приступают к промывке скважины. Если промывку скважины предполагается проводить не более 30 минут, то допускается установка цементировочной головки вместо промывочной. В противном случае, при длительной промывке могут быть разъедены краны и цементировочная головка выйдет из строя.
Во время промывки скважины, а иногда и до этого, бригада по цементированию проводит подготовку к цементировочным работам. Загружают цементосмесительные машины, обвязывают цементировочные агрегаты, заготавливают продавочную жидкость и воду для затворения цемента и т.д. По окончанию промывки скважины, промывочную головку заменяют цементировочной и подсоединяют её к обвязке агрегатов.
Перед закачкой цементного раствора в колонну спускают нижнюю пробку и одновременно включают цементосмесительные машины для приготовления цементного раствора и насосы цементировочных агрегатов для закачивания приготовляемого раствора в скважину. После закачки цементировочного раствора сбрасывают верхнюю цементировочную пробку и приступают к закачиванию продавочной жидкости.
В колонне цементировочный раствор движется между двумя пробками, которые отделяют его от бурового раствора, предотвращая от загрязнения. Объём продавочной жидкости строго кнтролируется. Нижняя пробка, проталкиваемая цементным раствором, садится на упорное кольцо, после чего давлением жидкости продавливается диафрагма пробки, и цементный раствор из колонны через образовавшееся отверстие пробки и башмак колонны поступает в затрубное пространство.
Первые порции цементного раствора, выходящего из колонны, частично смешиваются с глинистым раствором, эта смесь находится за колонной на самом верху и существенное влияние на качество крепления колонны и разобщение пластов не оказывает.
Когда остаётся 1-2 м³ продавочной жидкости, закачиваемой в скважину, интенсивность её закачки снижается. Одним-двумя агрегатами на пониженных режимах работы цементировочных насосов ведут процесс до посадки верхней пробки на нижнюю. Момент схождения пробок называется моментом «стоп» и характеризуется повышением давления. Давление при схождении пробок обычно не должно превышать 5-10% рабочего давления. Посадка верхней пробки – один из ответственных моментов в процессе цементирования, поэтому при продавливании последующих порций жидкости следует соблюдать особую осторожность и прекращать продавку при резком повышении давления, чтобы предотвратить разрыв колонны.
По окончанию цементирования сбрасывают давление в колонне до нуля и оставляют её в покое до тех пор, пока цементный раствор за колонной не затвердеет.
В настоящее время при проведении прямого одноступенчатого цементирования в большинстве случаев пользуются, к сожалению, одной (верхней) цементировочной пробкой. Отказ от применения нижней пробки ведёт к увеличению объёма смеси цементного раствора с буровым, что отрицательно сказывается на качестве крепления верхних интервалов скважины, и процесс продавки цементного раствора в большинстве случаев ведётся при повышенных давлениях.
Прямое одноступенчатое цементирование долгое время оставалось основным технологическим способом крепления скважин, однако резкое увеличение глубин скважин, рост забойных температур и давлений, чередование устойчивых и склонных к гидроразрыву пород, наличие в разрезе горизонтов с аномально высокими и низкими давлениями вызвало изменения технологий спуска обсадных колонн и разработку новых способов крепления и цементирования скважин.