Расчет цементирования

8 Расчет цементирования

В процессе цементирования обсадных колонн с используется цементировочное оборудование Российского производства: цементировочные насосные агрегаты ЦА-320М, цементосмесительные машины 2СМН-20, цементовозы ЦВ-12, батареи манифольдные БМ-700, осреднительные емкостя УСО-20.Для контроля процесса цементирования используется российская станция контроля цементирования (СКЦ-2М).

Цементирование кондуктора осуществляется с использованием обвязки цементировочного оборудования, которая предусматривает закачивание тампонажных растворов в скважину одновременно с их приготовлением (затворением), при этом растворы от каждой точки затворения через блок-манифольд БМ-700 подают непосредственно в цементировочную головку. Использование БМ-700 облегчает и ускоряет обвязку трубопроводов цементировочных агрегатов и более эффективно осуществляет централизованное управление процессом цементирования благодаря включению в схему станции контроля цементирования СКЦ-2М.

Цементирование эксплуатационной колонны. Для выравнивания и получения заданных параметров, затворяемых в различных точках тампонажных растворов, осуществляется с использованием обвязки цементировочного оборудования, которая включает в себя осреднительную емкость УСО-20. При такой схеме обвязки, затворяемый в различных точках из одинакового тампонажного материала, раствор первоначально подают в осреднительную емкость, где его подвергают дополнительному перемешиванию для усреднения параметров. Затем определенным числом цементировочных агрегатов тампонажный раствор отбирают из осреднительной емкости и, через БМ-700, по двум линиям высокого давления, которые присоединены к боковым кранам цементировочной головки, закачивают в обсадную колонну.

Для проведения качественного цементирования обсадных колонн предусматривается использование комплекса мероприятий по обеспечению наиболее полного замещения бурового раствора в затрубном пространстве тампонажным. К числу основных наиболее эффективных мер в этом направлении относятся:

• снижение статического напряжения сдвига и вязкости бурового раствора в процессе промывки скважины перед цементированием до минимально допустимых значений, регламентируемых геолого-техническим нарядом на проводку скважин;

•применение полного комплекта элементов технологической оснастки обсадных колонн;

•обеспечение скорости восходящего потока буферной и тампонажной жидкости в кольцевом пространстве 0,5-0,7м/с, с целью наилучшего вытеснения бурового раствора из кавернозных зон скважины и заполнения их цементным раствором;

•использование соответствующего вида и количества буферных жидкостей;

Помимо работы станции СКЦ-2М, в процессе цементирования обсадных колонн необходимо выполнять следующие контрольные операции:

-  осуществлять замеры плотности тампонажных растворов и отбор проб в каждой точке затворения; пробы хранить в течение времени ОЗЦ;

-  контролировать рабочее давление нагнетания жидкостей на цементировочных агрегатах и блок-манифольде манометрами высокого давления;

-  определять текущий и суммарный объем закачанной в скважину жидкости тарированными емкостями цементировочных агрегатов;

-  визуально контролировать характер циркуляции на устье скважины и, в случае возникновения признаков поглощения, корректировать режим процесса закачивания жидкостей

-  контролировать давление нагнетания жидкости затворения в смесительную камеру манометром с пределом измерения 0-6кгс/см², установленным на нагнетательной линии водоподающего насоса.

Расчет количества потребного материала и цементной техники для цементирования эксплуатационной колонны.

В данном районе на материалах которой выполнена курсовая работа применяется прямое одноступенчатое цементирование. Плотность облегчённого цементного раствора  =1,48г/см

Плотность цементного раствора =1,83г/см³

Давление поглощения в продуктивном пласте Р_погл=41Мпа

Условие предупреждения поглощения

,

где Р_{гст.оцр} – гидростатическое давление от столба облегчённого глиноцементного раствора

Р_гст.цр – гидростатическое давление от столба цементного раствора

Определим объём тампонажного раствора необходимый для цементирования нижнего участка цементным раствором.

где К_цр – козффициент, учитывающий потери тампонажного материала;

d_c и d_н – соответственно средний диаметр скважины и наружный диаметр колонны в пределах нижнего участка;

d₀ – внутренний диаметр колонны близ её башмака;

h_с – высота цементного стакана.

Из [4] К_цр=(1,03-1,05).

Определим объём тампонажного раствора необходимый для цементирования верхнего участка облегчённым цементным раствором.

Определим объём продавочной жидкости.

где К_с =(1,02-1,05) коэффициент, учитывающий потери продавочной жидкости.

Определим объём буферной жидкости.

Определим количество тампонажного цемента для приготовления раствора с заданной плотностью.

где - водоцементное отношение.

Определим массу цемента:

Определим массу облегчённого цемента:

Определим необходимый объём воды.

 - для цементного раствора.

 - для облегчённого цементного раствора.

Определим необходимое количество смесительных машин.

,

где - насыпная плотность цемента;

  - вместимость одного бункера смесительной машины.

Количество машин для цементного раствора:

Количество машин для облегчённого цемента:

Определим производительность одного смесителя.

 

где q_ж=7л/с производительность водяного насоса агрегата ЦА-320 из [4].

, для цементного раствора.

, для цементного раствора.

, для облегчённого цементного раствора.

, для облегчённого цементного раствора.

Определим продолжительность закачки агрегатом ЦА-320.

,

где V – объём закачиваемой жидкости;

t – время закачки;

Q_мах – максимальная подача агрегата.

Из [4] имеем, производительность ЦА-320:

на 1 скорости Q=1,7 л/с;

на 2 скорости Q=3,2 л/с;

на 3 скорости Q=6,0 л/с;

на 4 скорости Q=10,7 л/с.

Найдём время закачки буферной жидкости:

 - на 4 скорости.

Найдём время закачки цементного раствора: Q_мах=q_см

 Найдём время закачки облегчённого цементного раствора: Q_мах=q_см

Найдём время закачки продавочной жидкости:

- время начала продавки.

- продавка двумя агрегатами на 3 скорости.

- продавка одним агрегатом на 1 скорости.

Построим график 6 работы агрегатов и цементо-смесительных машин.

Суммарное время закачки

Таблица 9

Время, %	При расходе л/с
	Давление на устье, МПа							Давление на забое, МПа
	Г.стат	1,7	3,2	6	10,7	12	21,4	г.стат	1,7	3,2	6	10,7	12	21,4
0	0	1,19	2,11	2,38	2,81	2,92	3,68	33,15	33,8	33,86	33,95	34,07	34,1	34,36
10	0,17	2,13	2,31	2,58	3,01	3,12	3,9	33,46	34,15	34,21	34,3	34,43	34,5	34,75
20	-0,23	1,718	1,96	2,24	2,67	2,78	3,57	33,77	34,5	34,56	34,66	34,8	34,84	35,13
30	-,063	1,421	1,6	1,89	2,32	2,441	3,23	34,09	34,84	34,91	35,01	35,16	35,2	35,51
40	-1,62	0,471	0,66	0,94	1,39	1,5	2,31	34,39	35,18	35,25	35,35	35,52	35,56	35,9
50	-0,56	0,61	0,72	0,87	1,17	1,25	2,03	35,06	35,89	35,96	36,07	36,25	36,29	36,64
60	2,29	3,44	3,55	3,71	4,02	4,11	4,91	35,89	36,85	36,93	37,04	37,23	37,28	38,66
70	5,19	6,31	6,43	6,59	6,91	7,0	7,82	36,9	37,81	37,9	38,01	38,22	38,27	38,66
80	8,22	9,33	9,45	9,62	9,95	10,05	10,88	37,92	38,89	38,99	39,11	39,32	39,38	39,78
90	11,18	12,28	12,4	12,57	12,92	13,02	13,85	38,88	39,89	39,99	40,12	40,34	40,4	40,82
100	14,01	15,06	15,18	15,35	15,71	15,81	16,66	39,68	40,71	40,82	40,95	41,18	41,24	41,66

По результатам таблицы 9 построим график 5.

График 5.

Необходимые для цементирования материалы, цемент (в бункерах смесительных машин) должны быть заблаговременно доставлены на буровую. До начала цементирования цементировочные агрегаты и смесительные машины, которые будут участвовать в операции, должны быть соединены с устьем скважины через цементировочную головку системой трубопроводов. Чтобы ускорить обвязку оборудования используют специальный гидравлический блок манифольда, на котором имеются два коллектора: напорный и раздаточный - для присоединения линии от цементировочных агрегатов, и комплект труб с быстросъемными соединениями. Перед началом цементирования руководитель работ указывает объемы, которые должны быть закачены, последовательность ввода агрегатов и смесительных машин в работу и т.д. На рисунке 2 указана схема обвязки оборудования при цементировании эксплуатационной колонны.

Рис. 2

Перед началом операции мерники цементировочных агрегатов 1,2,3,4, заполнены водой, а агрегата 5- продав очной жидкостью. Реагенты, которые требуются для обработки тампонажного раствора, предварительно растворяются в воде или уже перемешаны с сухим цементом.

На первом этапе цементирования насосы агрегатов 1 и 4 нагнетают воду в смесительные машины 7 и 8, куда одновременно поступает сухая смесь цемента из бункеров. Из смесителя тампонажный раствор поступает в напорный коллектор блока манифольдов (БМ), а потом и в цементировочную головку 6. Сразу же после закачки расчетного объема тампонажного раствора в эксплуатационную колонну краны на нижних боковых отводах цементировочной головки закрывают, а через верхний боковой отвод агрегатом 5 закачивают продавочную жидкость.

Одновременно промывают насосы, линии обвязки агрегатов и напорный коллектор от оставшегося тампонажного раствора, а мерники цементировочных агрегатов 1,2 заполняют продавочной жидкостью, которую подают насосы через раздаточный коллектор блока манифольдов. После промывки открывают краны на нижних отводах головки 6 и закачивают в колонну продавочную жидкость насосами агрегатов 1,2,3 через напорный коллектор блока манифольдов. Последние несколько м³ продавочной жидкости закачивают одним агрегатом, чтобы точно определить посадку продавочной пробки на кольцо-стоп.

За плотностью, объемом, давлением следят в станции контроля цементирования. После завершения всех работ скважину оставляют на ОЗЦ.