Расчет цементирования

При расчете цементирования скважин определяют: 1) количество сухого цемента; 2) количество воды для затворения цементного раствора; 3) количество продавочной жидкости; 4) возможное максимальное давление к концу цементирования; 5) допустимое время цементирования; 6) число цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин.

Пример: Так как плотность бурового раствора 1,1г/см³, а пластовая температура 90°С принимаем цементный раствор ПЦГ с плотностью 1,83г/см³ и водоцементным отношением 0,5.

Объем цементного раствора, подлежащего закачке в скважину, определяют по формуле:

V_ц = (π/4)*[К₁*(D₂ – d₁²)*Н_ц + d₂²*h], м³

где К₁ – коэффициент, учитывающий увеличение объема цементного раствора, расходуемого на заполнение каверн, трещин, и увеличение диаметра скважины против расчетного (номинального).

Значение коэффициента К₁ определяется по квернограмме для каждой конкретной скважины. Обычно К₁ изменяется от 1,1 до 2,5. В нашем случае принимаем К₁ = 1,15.

Цементирование направления и кондуктора будет осуществляться с использованием чистого портландцемента.

Для лучшей прокачивамости тампонажной смеси и для того, чтобы поднять цементный раствор на проектную высоту (до устья), а также с целью экономии портландцемента, эксплуатационная колонна в интервале 0 – 3170 м будет цементироваться раствором плотностью 1,83 г/см³. В отношение m = 0,5. Интервал 1500 – 3160 м будет цементировать раствором чистого портландцемента плотностью 1,85 г/см³; водоцементное отношение m = 0,5.

Для колонны диаметром …..мм:

V_ц = 0,785*[1,15*(……² – ……²)*….. + ….²*20] = …. м³

Расчет количества сухого цемента

Количество сухого цемента для приготовления цементного раствора определяют из выражения:

Q_ц = ρ_ц*V_ц*1/(1+m),

где m – водоцементное отношение; ρ_ц – плотность цементного раствора, кг/м³

Для колонны диаметром …. мм:

Q_ц = …..*…..*1/(1+0,5) = …. кг = ….. т,

Количество сухого цемента, которое необходимо заготовить с учетом потерь при затворении цементного раствора, вычислим по формуле:

Q_ц¹ = К₂*Q_ц,

где К₂ – коэффициент, учитывающий наземные потери при затворении цементного раствора. Если затворение производится без цементно-смесительных машин, К₂ = 1,054-5-1,15, при использовании цементно-смесительных машин К₂ = 1,01. В нашем случае К₂ = 1,15.

Для колонны диаметром …. мм:

Q_ц¹ = 1,15*…. = …..кг=….. м³ ,

Расчет количества воды

Необходимое количество воды для приготовления цементного раствора 50%-ной консистенции находится из выражения:

V_в = 0,5*Q_ц,

Для колонны диаметром ….мм:

V_в = 0,5*… = …. м³.

Расчет количества продавочной жидкости

Потребное количество продавочной жидкости (в качестве которой часто используют буровой глинистый раствор) определяется по формуле:

V_пр = Δ*π*d₂²*/4*(Н – h)+V,

где Δ – коэффициент, учитывающий сжатие глинистого раствора (Δ = 1,03 – 1,05).

Подставив значения, получим:

Для колонны диаметром …. мм:

V_пр = 1,03*3,14*…. ²*/4*(…..-20)+0,8= ….. м³.

Расчет давления при закачке

Максимальное давление перед посадкой верхней пробки на упорное кольцо определяется из уравнения:

Р_max = Р₁ + Р₂,

где Р₁ – давление, необходимое для преодоления сопротивления, обловленного разностями плотностей жидкости в трубах и затрубном пространстве;

Р₂ - давление, необходимое для преодоления гидравлических сопротивлений.

Р₁ = 10^-6*[(Н-Н_ц)* ρ_р + Н_ц* ρ_ц –(Н-h)* ρ_р +h*ρ_ц ], МПа

Величину Р₂ обычно находят по эмпирическим формулам. Наиболее распространенной является формула Шищенко-Бакланова; для скважин глубиной более 1500 м:

Р₂ = 0,001*Н + 0.8 МПа.

Для колонны диаметром …. мм:

Р₁ = 10^-6[ ……*…… - (…..-20)*….+20*…..]=….. МПа

Р₂ = 0,001*…..+0,8=….. МПа.

Р_max = …. + ….. = …... МПа.

Расчет количества цементировочных агрегатов

Число цементировочных агрегатов определяю, исходя из условия получения скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент начала продавки (не менее 15 м/с для кондуктора и промежуточных колонн инее менее 1,8 – 2,0 м/с для эксплуатационных колонн); это условие вытекает из предположения, что увеличение скорости движения цементного раствора в затрубном пространстве способствует более полному вытеснению глинистого раствора и замещению его цементным.

Часто ствол скважины искривлен, имеет локальные расширения, а колонна не строго сцементирована в нем. В подобных случаях целесообразно цементный раствор вытеснять из колонны, поддерживая небольшую скорость подъема цементного раствора в затрубном пространстве (ω = 0,1-0,4 м/с). Так же следует поступать и в том случае, если колонна хорошо центрирована, но создать турбулентный режим течения цементного раствора в затрубном пространстве невозможно. Так как продавка почти всегда начинается на высшей скорости (как правило, на IV), то количество агрегатов из условия обеспечения скорости (м. v/c) подъема цементного раствора в затрубном пространстве определяют по формуле:

N_ц.а = [0,785*К₁*(D² – d₁²)*ω/Q^IV] + 1,

где Q^IV – производительность цементировочного агрегата на IV скорости, м³/с.

Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М с установленными в его насосе 9Т цилиндровыми 127-мм втулками (с этими втулками можно работать при р_max в конце цементирования). Максимальная производительность при этом 0,9 м³/мин при давлении 6,1 МПа.

Для колонны диаметром 127 мм:

n_ц.а = [0,785*1,2*(….² – ….²)*1,5/0,09] + 1 = ….(например - 2 агрегата.)