Бурение нефтяных скважин (стр. 2 из 4)
Глубину спуска каждой колонны уточняют с таким расчетом, чтобы ее нижний конец находился в интервале устойчивых слабопроницаемых пород. Определив число колонн и глубину их спуска, приступают к согласованию расчетным путем диаметров колонн и породоразрушающего инструмента.
Диаметр долота для бурения под обсадную колонну определяют по формуле
Dдол.= D + 2
Где Dм – диаметр муфты спускаемой колонны труб(мм); Dдол. - диаметр долота (мм.);
2
- величина зазора между муфтой и стенками скважины.Внутренний диаметр последующей колонны равен диаметру долота Dдол. + 6 – 8 мм.
Расчет конструкции скважины
Исходные данные:
Глубина скважины 1875 м., в интервале 0-305м. имеется зона неустойчивых пород. Диаметр эксплуатационной колонны принимаем равным 146 мм. Диаметр муфты Dм.э.= 166мм. Определяем диаметр долота для бурения под эксплуатационную колонну. Dдол..э . = Dм.э.+ 2
Dдол..э = 166+30 = 196мм.Принимаем ближайший диаметр долота равным 215мм. Dдол..э = 215мм. Определяем внутренний диаметр кондуктора.D вн.к = Dдол..э + (6:8) = 215 + (6:8) = 221: 223 мм.
Принимаем диаметр колонны 245 мм. Определяем диаметр долота для бурения под кондуктор.
Диаметр муфты Dм.к. = 270 мм D дол.к = Dм.к. + 2
D дол.к = 270 + 30 = 300 мм.Принимаем ближайший диаметр долота, равным 295 мм. D дол.к = 295 мм.
Определяем внутренний диаметр направления. Определив Dвн.н.= D дол.к+ 8=295 + 8 = 303мм.
Принимаем диаметр направления, равным 324мм. Таким образом, конструкция скважины имеет следующий вид:
5. Расчет обсадных колонн
При расчете обсадных колонн на прочность определяются:
• наружные избыточные давления (рассчитывают трубы на сопротивление смятию);
• внутренние избыточные давления (рассчитывают трубы на сопротивление разрыву)
• осевые растягивающие нагрузки (расчет на страгивание резьбовых соединений труб)
Направление
Проектом предусматривается спуск направления диаметром 324 мм на глубину 30 метров с цементированием его до устья. Принимаем трубы из стали марки «Д» с минимальной толщиной стенки 10 мм. Расчет на смятие и страгивание не производится, так как глубина спуска направления незначительная. Трубы с выбранной толщиной стенки вполне удовлетворяют условиям прочности. Вес направления:
Qн= 30 * 79,6 = 2.388 т Запас труб (5% на 1000 метров труб):
Lh = 5/1000 * 30 = 0,15м Общий вес колонны Qобщ.н = 2388 + (0.15 * 79,6) = 2.400 т
Кондуктор
Проектом предусматривается спуск кондуктора диаметром 245 мм на глубину
330 метров с цементированием его до устья. Принимаем трубы марки «Д» с толщиной стенки 8 мм. Определяем безопасную величину снижения уровня в кондукторе, которое может иметь место в случае наличия зон катастрофического ухода промывочной жидкости ниже башмака кондуктора по формуле:
Нбез = 10 * Ркр/Yж * Псм где Ркр - критическое давление (сминающее), равное 78*106 Н/м2= 78 МПа
Псм - запас прочности на смятие, равное 1,0; Yж- удельный вес жидкости, равное 1,0 г/ см3;
Hбез = 10 * 78/1.0 * 1.0 = 780м
Таким образом, в случае наличия зон поглощения промывочной жидкости ниже башмака кондуктора, смятие не произойдет. Выбранные трубы из стали марки «Д» с толщиной стенки 8мм вполне удовлетворяют условиям прочности. Вес кондуктора:
QK = 330 * 48,2 = 15.906 т. запас труб для кондуктора:
LK = 5/1000 * 330 = 1.65 м Общий вес колонны: Qобщ.к. = 1 5906 + (1,65 * 48,2) = 15985.5 кг = 15.9 т
Эксплуатационная колонна.
Расчет эксплуатационной колонны производится полностью, определяются все сминающие и страгивающие нагрузки Исходные данные:
1. Диаметр ствола скважин - 215,9мм.
2. Наружный диаметр колонны - 146мм.
3. Расстояние от устья до башмака колонны, Н = 1875 м.
4. Расстояние от устья скважины до устья жидкости в колонне (в поздний период эксплуатации). Н0 = 1200м.
5. Расстояние от устья скважины до уровня цементного раствора h = 0 м.
6. Пластовое давление, Рпл=21 МПа.
7. Удельный вес цементного раствора Yц.р. =1.73г/см3 .
8. Удельный вес глинистого раствора Yr.p. = 1,13 г/см3 .
9. Удельный вес промывочной жидкости Yж = 1,0г/см3
10.Удельный вес нефти Yн = 0,86 г/см3
Расчет на смятие.
Величина наружного сминающего давления на нижнюю часть колонны от столба жидкости за колонной определяется по формуле
PCM = 0.1[ H * Yr.p - ( H – h ) * Yн ]
Где Рсм - гидростатическое давление за колонной, Н/м2;
Н - глубина спуска колонны, м;
Yr.p - удельный вес глинистого раствора, г/см3;
h - уровень жидкости, м ;
YH - удельный вес нефти, г/см3. Рсм = 0.1 [ 1875 * 1.13 - ( 1875 – 1200 ) * 0,86 ] = 15.3 МПа
Строим эпюру АС
С учетом запаса прочности на смятие в зоне перфорации (Асм = 1,3):
Рсм = 15,3 *10б * 1.3 = 19,9 Мпа
По таблице прочностных характеристик обсадных труб, изготовленных в соответствии с ГОСТом 632-64 сминающему давлению 19,9 *10 МПа соответствуют трубы диаметром 146 мм из стали марки «Д» с толщиной стенки 7мм, с допустимой овальностью 0,01, имеющие сминающее усилие 26,5Мпа.
Фактический запас прочности на смятие (Асм) будет равен:
Асм.ф = 26,5/15.3 = 1,34
Определяем допустимую глубину спуска обсадных труб с толщиной стенки 7мм ( Ндоп7 ) по формуле:
Ндоп7 = [ 10Рсм - Н0 * YH * Асм ] / [ Асм * ( Yг.р. - Yн ) ]
Рис 3.Эпюры наружных давлений
АС- под действием жидкости за колонной
АД - критическое наружное давление
АВ- под действием цементного раствора
Эпюры внутренних давлений АВ- в момент ввода скважины в эксплуатацию;
СД- при окончании эксплуатации. Где Н0 - уровень жидкости в скважине;
Асм - запас прочности на смятие в зоне перфорации, равен 1,3:
Ндоп7 = [ 10 * 20,5 – 1200 * 0,86 * 1,3 ] / [ 1,3 * ( 1,13 - 0.86 ) ] = 1915 м
Значит трубы, изготовленные из стали группы прочности «Д» с толщиной стенки 7мм можно использовать для спуска колонны на глубину 1875 метров.
Определим наружное давление на колонну, которое возникает под действием цементного раствора:
Pн = 0,1 * Yц* L * ( 1 – K )
Где Yц - удельный вес цементного раствора, г/см3;L - интервал цементирования, м;
К - коэффициент разгрузки цементного кольца, равен 0,25.Pн = 0,1 * 1,73 *1875 ( 1 - 0,25 ) = 24.3 МПА.
Строим эпюру АВ
6. Технология и организация процесса цементирования
Одними из основных требований к качественному строительству нефтяных скважин являются охрана недр и предотвращение загрязнения окружающей среды, а также защита обсадных колонн от коррозии. В связи с этим изоляция всех вскрытых скважиной водонефте- или газоносных пластов является обязательным условием строительства скважин. Окончательная изоляция пластов осуществлением цементированием всех колонн до устья и созданием сплошного камня в заколонном пространстве. По данному дипломному проекту цементирование направления, кондуктора и эксплуатационной колонны осуществляется прямым одноступенчатым способом.
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 * [ ( D2скв - d 2H ) * H + d 2B * 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 * d2вн * ( 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.