А.В. КУЗЬМИН

«Курсовая работа по бурению нефтяных и газовых скважин»

Методические указания

Оренбург 2010

Содержания

I) Расчёт цементирования скважин

1) Определить средний внутренний диаметр обсадной колонны

2) Определить объем цементного раствора

3) Определить количество сухого цемента для приготовления 1 м³ цементного раствора

4) Определить плотность цементного раствора

5) Определить количество цемента и воды для приготовления цементного раствора

6) Определить количество сухого цемента с учетом потерь при затаривании

7) Определить количество цементно-смесительных машин

8) Определяем количество продавочной жидкости

9) Определить наибольшее рабочее давление в конце цементирования

10) Определить максимальное давление при цементировании

11) Определить допустимое время цементирования

12) Определить время закачивания цементного раствора при гидравлических сопротивлениях в скважине в начальный период цементирования

13) Определить гидравлическое сопротивление в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости

14) Определяем время закачивания цементного раствора одним агрегатом

15) Определить время продавки цементного раствора

16) Определить общее время цементирования

17) Определяем количество цементировочных агрегатов

18) Определить фактическую скорость восходящего потока цементного раствора при работе цементировочного агрегата

Приложение №1: Таблица 1Техническая характеристика цементировочных агрегатов

Приложение №2: Таблица 2 Варианты заданий

II) Специальный вопрос

III) Список используемых источников

РАСЧЁТ ЦЕМЕНТИРОВАНИЯ СКВАЖИН:

Цементирование нефтяных скважин является процессом смешивания суспензии цемента и воды и закачки ее в скважину по стальной эксплуатационной колонне до заданной точки в кольцевом пространстве скважины вокруг колонны или в необсаженном стволе скважины ниже обсадной колонны.

Двумя принципиальными функциями первичного процесса цементирования являются ограничение движения флюидов между пластами и для создания цементного кольца (сцепления) и удержания колонны.

Кроме того, помимо изоляции нефте-, газо- и водопроявляюших зон, цемент также помогает:

1) предохранять колонну от коррозии;

2) предотвращать выбросы путем быстрого образования уплотнения (изоляции);

3) предохранять колонну от ударных нагрузок при дальнейшем бурении на большую глубину;

4) изолировать зоны потерь циркуляции или зон поглощения

1. Определяем средний внутренний диаметр обсадной колонны

d_вн=0,146-2´0,008=0,130 м

где (D_к-2*d_ср) - внутренний диаметр секции обсадной колонны, м;

L - длина секции, м .

2. Определяем объем цементного раствора

V_цр = 0,785[(D_скв² – d_н²) ´Н´К_v + d_вн²´h]

V_цр =0,785[(0,216² – 0,146²) ´1900´1,15 + 0,130²´15]=43,0 м³

где Н - высота подъема цементного раствора от "башмака», м;

d_вн – внутренний диаметр, м;

D_скв- наружный диаметр труб, м;

h - высота цементного стакана от «башмака» до кольца «стоп», м;

К_v- коэффициент, учитывающий увеличение объема ствола скважины за счет
каверн, который определяется по каверно-грамме или на основании опыта
цементирования скважин в данном районе. Обычно коэффициент равен 1,2 - 2,5.

3. Определяем количество сухого цемента для приготовления 1 м³ цементного раствора

=1410 кг/м³

где р_сц, р_в - плотности сухого цемента и воды, кг/м³. Для обычных тампонажных цементов плотность сухого цемента 3100 - 3200 кг'м³. Для облегченных цементов плотность может быть различна в зависимости от веса и количества облегчающей добавки.

m - водоцементное отношение, стандартное водоцементное отношение по ГОСТ 1581 - 91 равно 0,5 для обычных тампонажных цементов, для облегченных цементов m может быть различным: от 0.8 до 1,2.

4. Определяем плотность цементного раствора

p_ц.р = (1+m) ´q

p_ц.р =(1+0,5) ´1410=2115 кг/м³

5. Определяем количество цемента и воды для приготовления цементного раствора

=43,0´1410=60630 кг

=0,5´ 60,63=30,32м³

6. Определяем количество сухого цемента с учетом потерь при затаривании

Q_цт = К₁´ Q¹_цт = 1,02´60630 = 61842 кг

где К₁- коэффициент, учитывающий потерн сухого цемента при затаривании цементосмесительных машин и при приготовлении цементного раствора. К₁ = 1,02-1,03.

7. Определяем количество цементно-смесительных машин

где М_ц.см.- вместимость бункера цементно-смесительной машины, для обычного тампонажного цемента М_ц.см = 20 т, для облегченного М_ц.см = 12,5 т.

8. Определяем количество продавочной жидкости

V_пр =

где L - глубина спуска обсадной колонны, м;

Δ - коэффициент, учитывающий сжатие продавочной жидкости за счет наличия в ней пузырьков воздуха ; Δ для глинистого раствора принимается равным 1,05; для воды 1,0.

9. Определяем наибольшее рабочее давление в конце цементирования

Р_р= Р₁+ Р₂+ Р₃+ Р₄ = 16,1+0,96+0,73+1,6 = 19,39 МПа

где P₁ - давление за счет разности плотностей цементного и глинистого растворов, МПа;

Р₂ - давление от гидравлических сопротивлений при движении продавочной жидкости в трубах. МПа;

Р₃ - давление от гидравлических сопротивлений при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве. МПа;

Р₄ - гидравлических сопротивлений при движении цементного раствора в затрубном пространстве, МПа.

Показатели P₁, P₂, P₃, Р₄ определяются следующим образом:

а) определяем гидростатическое давление за счет разности цементного и глинистого растворов

б) определяем гидравлическое сопротивление при движении продавочной жидкости в трубах

определяем скорость движения продавочной жидкости в трубах

Здесь V_к.п. - скорость движения промывочной жидкости и цементного раствора в затрубном пространстве, м/с. Для качественного цементирования эта скорость должна быть 1.5 - 2,0 м/с для эксплуатационных колонн и 0.8 -1.0 - для промежуточных.

Определяется критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение продавочной жидкости в трубах:

определяем критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение продавочной жидкости в трубах

Если

где- λ_1тр - коэффициент, характеризующий характер движения жидкости в трубах, определяется в зависимости от критерия Рейнольдса

в) определяем гидравлическое сопротивление при движении промывочной жидкости в затрубном пространстве

определяем критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение промывочной жидкости в затрубном пространстве

Если Re^*_к.п.р.<1600, то

где - λ_2тр коэффициент, характеризующий движение промывочной жидкости в затрубном пространстве, определяется в зависимости от критерия Рейнольдса.

г) определяем гидравлическое сопротивление при движении цементного раствора в затрубном пространстве:

определяем критерий Рейнольдса и коэффициент, характеризующий движение цементного раствора в затрубном пространстве

Если Re^*_к.п.ц.<1600, то

10. Определим максимальное давление при цементировании

P_max= P_р+ P_стоп=19,39 + 2 = 21,39 МПа

где Р_стоп- повышение давления при посадке пробки на кольцо «стоп» 1,5 – 2,0 МПа.

Из полученного P_max видно, что для проведения цементирования можно использовать ЦА-320 М, с диаметрами втулок =115 мм. Технические характеристики представлены в таблице 1

11. Определяем допустимое время цементирования

T_доп.=0,75·T_н.скв.=0,75·105=79 мин

где Т_в.схв - время начала схватывания цементного раствора.

12. Определяем время закачивания цементного раствора при гидравлических сопротивлениях в скважине в начальный период цементирования

P_гидр.= P₂+ P^'₃ = 0,96 + 1,86 = 2,82 МПа

где T₃ - время закачки цементного раствора;

Т _пр- время продавки цементного раствора.

Для определения времени закачивания цементного раствора необходимо знать гидравлическое сопротивление в скважине в начальный период цементирования.

13.Определяем гидравлическое сопротивление в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости

где Р_1з- гидравлические сопротивления в затрубном пространстве при движении промывочной жидкости. МПа.

При условии Р_гидр > Р_а, где Р_а - давление, развиваемое цементировочным агрегатом на высшей скорости, закачивание цементного раствора следует начинать с более низкой скорости, давление на которой больше гидравлических сопротивлений. На этой скорости следует работать до тех пор, пока гидравлические сопротивления за счет закачивания цементного раствора в трубы не снизятся. Тогда появится возможность работы агрегата на более высокой скорости. Время перехода работы агрегата с более низкой на высшую скорости может быть определено по закачиваемому объему цементного раствора, который, в свою очередь, определяется следующим образом:

Р_гидр=1,8< Р_а^V=5,0 (таблица 1), то закачивание цементного раствора начинаем на пятой скорости. Р_а – давление, развиваемое цементировочным агрегатом на высшей скорости, закачивание цементного раствора следует начинать с более низкой скорости, давление на которой больше гидравлических сопротивлений. На этой скорости следует работать до тех пор, пока гидравлические сопротивления за счёт закачивания цементного раствора в трубы не снизится.

14. Определяем время закачивания цементного раствора одним агрегатом

где q_n-1, q_n- производительность ЦА на низшей и высшей скоростях, л/с.

15. Определяем время продавки цементного раствора

а) определяем гидравлическое сопротивление в конце цементирования

Р^'_гидр.= Р₂ + Р₃+ Р₄=0,96+0,73+1,6= 3,29 МПа

б) определяем длину столбов продавочного раствора в трубах, закачиваемые цементировочным агрегатом на различных скоростях:

для чего определяем коэффициенты a,b,c

Длина столба продавочной жидкости на 5 скорости

На 4 скорости:

На 3 скорости:

На 2 скорости:

в) определяем объёмы продавочной жидкости, закачиваемые цементным агрегатом на различных скоростях

с) определяем время продавки цементного раствора

16. Определяем общее время цементирования

Т = Т_З + Т_пр = 39+84,66 =123,66 мин

17. Определяем количество цементировочных агрегатов

Так как при цементировании работают три цементно-смесительных машины, то необходимо минимально принять два цементировочных агрегата.

Еще необходимо предусмотреть один ЦА для подачи воды и один ЦА как запасной. Итого необходимо 5 ЦА, из них 2 - рабочих

18. Определяем фактическую скорость восходящего потока цементного раствора при пяти рабочих цементировочных агрегата

Таким образом, для организации процесса цементирования эксплуатационной колонны диаметром 146 мм, спущенной на глубину 3200 м, при подъеме цементного раствора до глубины 1900 м необходимо 61,8 т цемента, 3 СМН-20, количество продавочной жидкости 44,36 м³, плотностью 1260 кг/м³ и 5 ед. цементировочных агрегатов типа ЦА-320 М.

Приложение №2

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

Таблица 2