Практическое задание

Выполнить практическое задание.Вариант 08.

1

Практическая работа 10
Расчет двухступенчатого цементирования

Цель работы: получение начальных навыков расчёта цементирования обсадной колонны в две ступени.

Требования к отчётным материалам

Отчет по практической работе оформить в соответствии с требованиями данных методических указаний.

Специальные справочные данные, необходимые для выполнения задания

Ступенчатое цементирование необходимо по следующим причинам:

1. Для снижения нагрузки на цементировочное оборудование.

2. Для снижения гидростатического давления на слабые пласты с целью предотвращения их гидроразрыва.

3. Для возможности избирательного цементирования пластов.

4. Для возможности цементирования обсадной колонны по всей длине.

5. Для возможности успешного цементирования башмака предыдущей колонны вместе с новой колонной.

6. Для уменьшения загрязнения цементного раствора.

7. При преждевременном загуствании и схватывании тампонажного раствора при высоких забойных температурах.

Способ применяют в следующих случаях: поглощение тампонажного раствора в нижних пластах или при большой высоте его подъема за колонной; когда расчетные давления, при прокачивании тампонажного раствора больше давления, развиваемого ЦА; наличие резко отличающейся температуры в нижней и верхней зонах интервала подъема тампонажного раствора; невозможность доставки на буровую нужного количества тампонажной техники, возможность возникновения больших давлений в процессе продавливания тампонажного раствора.

Существует несколько способов ступенчатого цементирования:

1. Обычное двухступенчатое цементирование (с разрывом во времени)

2. Двухступенчатеое цементирование без разрыва во времени

3. Трехступенчатое цементирование с разрывом во времени.

Для осуществления двухступенчатого цементирования в обсадной, колонне на уровне, соответствующем низу верхнего интервала, устанавливают специальную муфту ступенчатого цементирования.

После промывки скважины и установки на колонну цементировочной головки приступают к закачке первой порции цементного раствора, соответствующей цементируемому объему первой ступени (рис.1). Цементирование первой ступени осуществляется аналогично обычному способу одноступенчатому цементированию. Исключением является то, что разделительную пробку между раствором и буфером обычно не устанавливают. Во время закачки буфера и порции цементного раствора для нижней ступени отверстия муфты ступенчатого цементирования закрыты. После закачки расчетных объемов буфера и порции цементного раствора для нижней ступени высвобождают разделительную пробку первой ступени. Продавочной жидкостью пробка

1

1

продавливается до цементировочной муфты на башмаке колонны. Она свободно проходит через МСЦ. При посадке пробки на стоп-кольцо цементировочной муфты давление на насосах резко возрастает. Пробка перекрывает проходное отверстие муфты, вследствие чего дальнейшая циркуляция через башмак колонны прекращается.

После завершения цементирования первой ступени в колонну сбрасывают открывающую пробку, которая под действие собственного веса опускается на седло нижней втулки МСЦ. Пробка может быть сброшена сразу же после окончания цементирования первой ступени либо спустя некоторое время, достаточное для схватывания цемента первой ступени. Во втором случае нельзя допускать подъема цемента первой ступени выше МСЦ. После посадки открывающей пробки в колонне создают давление, под действием которого нижняя втулка смещается вниз, срезая удерживающие штифты и открывая отверстия, сообщающиеся с затрубным пространством.

Рис. 1 Схема двухступенчатого цементирования с разрывом во времени

После завершения цементирования первой ступени в колонну сбрасывают открывающую пробку, которая под действие собственного веса опускается на седло нижней втулки МСЦ. Пробка может быть сброшена сразу же после окончания цементирования первой ступени либо спустя некоторое время, достаточное для схватывания цемента первой ступени. Во втором случае нельзя допускать подъема цемента первой ступени выше МСЦ. После посадки открывающей пробки в колонне создают давление, под действием которого нижняя втулка смещается вниз, срезая удерживающие штифты и открывая отверстия, сообщающиеся с затрубным пространством.

После открытия отверстий восстанавливают циркуляцию и промывают скважину. Затворяют и закачивают цементный раствор для цементирования второй ступени. Цементный раствор через отверстия муфты ступенчатого цементирования поднимается в верхнюю часть кольцевого пространства. После закачки цементного раствора второй ступени высвобождают закрывающую пробку и продавливают ее буровым раствором. Закрывающаяся пробка садится на верхнюю втулку муфты. При давлении 7,0-8,0 МПа удерживающие штифты втулки срезаются, и втулка перемещается вниз, перекрывая отверстия муфты. После затвердевания цементного раствора внутренние втулки муфты разбуривают.

Отсутствие обратного движения жидкости проверяют через открытый кран на центровочной головке или агрегате, что также подтверждает успешное закрытие отверстий муфты.

Ниже и выше МСЦ на расстоянии 2-3 м устанавливают по одному пружинному центратору для центрирования муфты. Чтобы не допустить перекачки цементного раствора и оголения башмака колонны, высоту цементного стакана несколько увеличивают (до 40-50 м) в расчете на последующее разбуривание.

В случае двухступенчатого цементирования без разрыва во времени цементный раствор последовательно и без остановки затворяют и продавливают в нижнюю и

2

1

верхнюю части кольцевого пространства, не выжидая дохождения открывающей пробки и срабатывания муфты ступенчатого цементирования. После закачки расчетного объема первой ступени высвобождают разделительную пробку (рис.1). Пробку продавливают расчетным объемом бурового раствора или жидкости для заканчивания, которая заполняет внутренний объем обсадной колонны от цементировочной муфты у башмака до муфты ступенчатого цементирования. Устроенный в пробке перепускной канал позволяет продавочной жидкости проходить после посадки пробки через нее и цементировочную муфту. Открывающую пробку высвобождают сразу после закачки расчетного объема продавочной жидкости. Ее продавливают буферной жидкостью и цементным раствором второй ступени. Пробка садится на гнездо нижней втулки муфты ступенчатого цементирования и открывает отверстия муфты. После закачки цементного раствора второй ступени высвобождают закрывающую пробку. Эта пробка садится на гнездо верхней втулки муфты, под давлением срезает штифты втулки и перемещает ее вниз, перекрывая отверстия муфты.

Трехступенчатое цементирование осуществляется в таком же порядке, как и описанное выше двухступенчатое цементирование с разрывом во времени. Только в этом случае на соответствующих расстояниях от цементировочной муфты с обратным клапаном в обсадной колонне устанавливают две муфты ступенчатого цементирования. Последовательно выполняется цементирование каждой ступени: вначале цементируют кольцевое пространство нижней ступени, затем средней ступени и в конце — верхней ступени. При этом возможно ожидание схватывания цемента каждой ступени, но ни в коем случае нельзя допускать подъема цемента нижележащей ступени выше муфты цементирования вышележащей ступени.

Основные понятия

Двухступенчатое цементирование - это раздельное последовательное цементирование двух интервалов в скважине (сначала нижнего, затем верхнего).

Муфта ступенчатого цементирования (МСЦ) - применяется для оснащения обсадных колонн и проведения процесса цементирования скважин в две ступени с целью снижения репрессии на стенки скважины.

Содержание задания: выполнить расчет объемов тампонажного раствора, продавочной и буферной жидкости; определить количество сухого тампонажного цемента и воды; выбрать тип цемента и рецептуру тампонажного раствора; допустимое временя цементирования скважины, необходимое число агрегатов и цементно-смесительных машин, а также давлений в конце процесса цементирования для каждой ступени.

Варианты исходных данных и условий по заданию

В таблице 1 представлены варианты индивидуальных заданий.

Таблица 1. Варианты индивидуальных заданий

3

1

4

1

Для всех вариантов принять:

Указания по порядку и методике выполнения задания

Для крепления эксплуатационной колонны применяется двухступенчатое цементирование, с целью предотвращения поглощения тампонажной смеси и сохранения коллекторских свойств продуктивного горизонта.

Пример расчета.

Исходные данные

5

1

Определение плотности цементного раствора:

(1)

Определение расположения муфты ступенчатого цементирования:

(2)

6

1

Расчет цементирования первой ступени

Потребное количество тампонажного раствора для цементирования первой ступени определяется по формуле:

(3)

Требуемая масса сухого цемента, необходимого для приготовления цементного раствора:

(4)

Определение требуемого объема буферной жидкости:

(5)

Количество жидкости затворения, необходимой для приготовления расчетного объема цементного раствора:

(6)

Определение требуемого объема продавочного раствора:

(7)

Гидравлический расчет

Цементирование планируется осуществлять с помощью цементно-смесительной машины УС6-30 и агрегатов 3ЦА-400А.

Определение давления на цементировочной головке в конечный момент цементирования:

(8)

(9)

Допустимое давление цементировочной головки ГУЦ 140-168,3х400 составляет [P1] = 40 МПа.

19,6<40 МПа, первое условие выполняется.

Давление на насосах цементировочных агрегатов принимается равным давлению на цементировочной головке Р2 = Р1 = 19,6 МПа.

6,4 < 40 МПа, следовательно, 2-ое условие выполняется.

Определение давления на забое в конечный момент цементирования:

(10)

Определение подачи насоса:

где – скорость течения цементного раствора в кольцевом пространстве. За кондуктором и технической колонной берется равной не менее 1,5 м/с, для эксплуатационной колонны не менее 1,8 – 2,0 м/с. Принимаем равным 1,8 м/с.

Число требуемых цементировочных агрегатов:

где – подача развиваемая одним цементировочным агрегатом.

Для цементировочного агрегата 3ЦА-400А производительность на IV скорости QIV

7

1

= 25,8 л/с при диаметре втулки 125 мм, а давление РIV = 10 МПа, т.е. заданный режим по давлению обеспечится при использовании этого цементировочного агрегата.

Принимается 3 цементировочных агрегата 3ЦА-400А.

Необходимое число цементносмесительных машин:

где – вместимость бункера цементносмесительной машины, для цементносмесительной машины УС6-30 =14,5 м3.

Принимается 2 цементносмесительные машины УС6-30.

Предусматривается закачивание 0,98 объема продавочной жидкости с помощью n-1 = 2-1 = 1 цементировочных агрегатов при подаче QIV = 25,8 л/с. Оставшиеся 0,02 объема продавочной жидкости будут закачиваться одним агрегатом при QIV = 25,8 л/с, что необходимо для ловли момента «стоп».

Продолжительность закачивания тампонажного раствора:

Продолжительность процесса продавливания:

Общее время цементирования:

Цементный раствор для цементирования обсадной колонны характеризуется началом загустевания:

Принимается тампонажный раствор на основе портландцемента по ГОСТ 1581-96 ПЦТ I-G-CC-1.

Расчет цементирования второй ступени

Расчет второй ступени проводится аналогично первой.

Определение плотности цементного раствора:

Потребное количество тампонажного раствора для цементирования второй ступени определяется по формуле:

Требуемая масса сухого цемента, необходимого для приготовления цементного раствора:

Определение требуемого объема буферной жидкости:

Количество жидкости затворения, необходимой для приготовления расчетного объема цементного раствора:

Определение требуемого объема продавочного раствора:

8

1

Гидравлический расчет

Цементирование планируется осуществлять с помощью цементно-смесительной машины УС6-30 и агрегатов 3ЦА-400А.

Определение давления на цементировочной головке в конечный момент цементирования:

Допустимое давление цементировочной головки ГУЦ 140-168х400 составляет [P1] = 40 МПа.

3,6 < 40 МПа, первое условие выполняется.

Давление на насосах цементировочных агрегатов принимается равным давлению на цементировочной головке Р2 = Р1 = 6,4 МПа.

6,4 < 32 МПа, следовательно 2-ое условие выполняется.

Определение давления на забое в конечный момент цементирования:

Определение подачи насоса:

где – скорость течения цементного раствора в кольцевом пространстве. За кондуктором и технической колонной берется равной не менее 1,5 м/с, для эксплуатационной колонны не менее 1,8 – 2,0 м/с.

Число требуемых цементировочных агрегатов определяется по формуле:

где – подача развиваемая одним цементировочным агрегатом.

Для цементировочного агрегата 3ЦА-400А производительность на IV скорости QIV = 25,8 л/с при диаметре втулки 125 мм, а давление РIV = 10 МПа, т.е. заданный режим по давлению обеспечится при использовании этого цементировочного агрегата.

Принимаем 3 цементировочных агрегата 3ЦА-400А.

Необходимое число цементносмесительных машин:

где – вместимость бункера цементносмесительной машины, для цементносмесительной машины УС6-30 =14,5 м3.

Принимается 1 цементносмесительную машину УС6-30.

Предусматривается закачивание 0,98 объема продавочной жидкости с помощью n-1 = 2-1 = 1 цементировочных агрегатов при подаче QIV = 25,8 л/с. Оставшиеся 0,02 объема продавочной жидкости будут закачиваться одним агрегатом при QIV = 25,8 л/с, что необходимо для ловли момента «стоп».

Продолжительность закачивания тампонажного раствора:

9

1

Продолжительность процесса продавливания:

Общее время цементирования:

Цементный раствор для цементирования обсадной колонны характеризуется началом загустевания:

Принимается тампонажный раствор на основе портландцемента по ГОСТ 1581-96 ПЦТ III-Об 5-50.

Перечень необходимой литературы

РД 39-00147001-767-2000. Инструкция по креплению нефтяных и газовых скважин. (ttps://ohranatruda.ru/upload/iblock/72a/4293809149.pdf).

Калинин А.Г., Левицкий А.З., Мессер А.Г. и др. Практическое руководство по технологии бурения скважин на жидкие и газообразные полезные ископаемые: Справочное пособие/под ред. А.Г. Калинина.- М.: ООО Недра-Бизнесцентр», 2001.-450 с.

Контрольные вопросы

В каких случаях применяется двухступенчатое цементирование?

Назовите способы двухступенчатого цементирования.

Что такое муфта ступенчатого цементирования?

Последовательность действий буровой бригады при ступенчатом цементировании.