Методика расчета одноступенчатого цементирования

17.11.2020

Целью расчета является определение количества материалов, необходимых для цементирования заданного участка скважины; режима закачивания тампонажного раствора и продавочной жидкости, при котором может быть обеспечено заполнение заданного участка заколонного пространства тампонажным раствором без осложнений и наиболее полное вытеснение промывочной жидкости; необходимых параметров насосного оборудования, а также числа цементировочных насосов и смесительных машин; продолжительности цементирования.

Рассмотрим методику расчета на следующем примере.

Пусть требуется зацементировать интервал длиной lц в вертикальной скважине глубиной L. Наибольший коэффициент аномальности пластового давления имеет продуктивный нефтеносный горизонт на глубине zпл. В скважине имеются два слабых пласта сравнительно небольшой мощности: один с градиентом давления поглощения Арп' на глубине zп' нецементируемом интервале, второй с градиентом давления Aрп' > Aрп' на глубине zп'' в цементируемом интервале. В остальных интервалах градиенты давления поглощения существенно больше Арп''. Скважина заполнена промывочной жидкостью с плотностью рп, динамическим напряжением сдвига т0 и пластической вязкостью n (при динамической температуре). Продавочная жидкость имеет такие же свойства.

Выбор плотности тампонажного раствора. При выборе плотности необходимо соблюдать условия (8.8) и (8.19). Это значит, что

где рв.п — верхний предел, при котором статическое давление в конце цементирования равно предельно допустимому. Величину его легко найти, если в формуле (8.19) положить ргд=0 (рис. 84):

Определение потребных количеств материалов. Необходимый объем тампонажного раствора для цементирования скважины

объем продавочной жидкости

объем буферной жидкости

где h0 — расстояние от башмака колонны до упорного кольца; kц.р — коэффициент, вводимый для компенсации факторов, не поддающихся точному учету, а также сжимаемости раствора; Uоб — объем, необходимый для заполнения трубопроводов обвязки цементировочных насосов с устьем скважины.

Количество сухой тампонажной смеси, необходимой для приготовления 1 м3 раствора;

Общее количество тампонажной смеси для приготовления нужного объема раствора

где kт.с — коэффициент, учитывающий потери тампонажной смеси при загрузке смесительных машин и приготовлении раствора.

Объем воды, необходимый для приготовления тампонажного раствора,

Потребные количества реагентов для обработки тампонажного раствора рассчитывают в соответствии с рецептурой, разработанной лабораторией бурового предприятия или НИПИ.

Предельный режим цементирования. Если объем буферной жидкости сравнительно мал, собственно процесс цементирования можно условно разделить на два этапа: в течение первого тампонажный раствор находится только внутри обсадной колонны; второй этап начинается с момента появления первой порции этого раствора в заколонном пространстве. Если же объем буферной жидкости большой, а плотность и реологические свойства ее существенно отличны от соответствующих характеристик промывочной жидкости и тампонажного раствора, процесс целесообразно разделить на три этапа.

Рассмотрим случай, когда объем буферной жидкости мал. Во избежание поглощения на первом этапе необходимо, чтобы сумма статического и гидродинамического давлений столба промывочной и буферной жидкостей была меньше давления поглощения, т. е. выполнялось условие (8.19). Это значит, что при турбулентном режиме течения в заколонном пространстве верхний предел скорости следует определять по формуле (6.86). При структурном же режиме течения предельно допустимую скорость восходящего потока можно найти из следующего уравнения:

Поскольку плотность тампонажного раствора больше плотности промывочной и буферной жидкостей, то с момента начала вытеснения его в заколонное пространство статическое давление на стенки скважины возрастает. Во избежание поглощения на втором этапе необходимо, чтобы сумма статических давлений столба промывочной и буферной жидкостей рст, столба тампонажного раствора рц.р и гидродинамического давления на поглощающий пласт была всегда меньше давления поглощения, т. е. выполнялось условие (8.19).

Обозначим hх — высоту столба тампонажного раствора в заколонном пространстве в любой промежуточный момент второго этапа (рис. 85) и

Очевидно, ах может изменяться в диапазоне от нуля, пока тампонажный раствор находится только в обсадной колонне, до единицы в момент окончания цементирования. Выразим величины, входящие в формулу (8.19), через ах

При турбулентном течении всех жидкостей в заколонном пространстве

где Лк.ц — коэффициент гидравлических сопротивлений на участке течения тампонажного раствора в заколонном пространстве.

При структурном течении всех жидкостей в заколонном пространстве

где вк.ц — безразмерная величина, определяемая по рис. 55 для потока тампонажного раствора в заколонном пространстве.

Аналогично можно составить выражения для ргд при иных сочетаниях режимов течения промывочной жидкости и тампонажного раствора в заколонном пространстве.

Подставим выражения (8.32)-(8.35) в уравнение (8.19) и решим последнее относительно ах. После некоторых преобразований получим следующие формулы, показывающие зависимость предельно допустимой безразмерной высоты столба тампонажного раствора в заколонном пространстве, при которой еще не будет поглощаться раствор, от скорости восходящего потока:

а) при турбулентном течении всех жидкостей

б) при структурном режиме течения всех жидкостей

Аналогичные формулы можно получить и для других сочетаний режимов течения в заколонном пространстве.

Во избежание поглощения в пласт на глубине zп'' скорость восходящего потока по мере вытеснения тампонажного раствора в заколонное пространство необходимо постепенно уменьшать; наивысшая скорость в начале второго этапа не должна превышать (wв)пред. Пользуясь формулами (8.36)—(8.42) и аналогичными им для других сочетаний режимов течения и подставляя в них соответствующие значения скорости в диапазоне 0

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна