Оптимизация гидравлической программы цементирования -важнейшее условие качественного проведения работ. Гидравлический расчет цементирования обсадных колонн проводят для определения необходимой суммарной подачи цементировочных агрегатов Q из условия обеспечения максимально возможной скорости восходящего потока бурового и тампонажного растворов в затрубном пространстве v, допустимого давления на цементировочной головке рг и забое скважины рз (в интервале пласта с наименьшим градиентом гидроразрыва), а также выбора цементировочного оборудования и определения продолжительности процесса цементирования tц. При этом принимаются следующие граничные условия:
где ру - допустимое давление на устьевое цементировочное оборудование (цементировочная головка, обвязка, насосы ЦА), МПа; рг.р - давление гидроразрыва пород на забое скважины или в интервале пласта с наименьшим градиентом гидроразрыва, МПа; -затраты времени на приготовление и закачивание тампонажного раствора, мин; tпр - затраты времени на продавливание тампонажного раствора, включая время на получение давления «стоп», мин; tлаг - время загустевания тампонажного раствора, определяемое на консистометре, мин.
Гидравлический расчет цементирования скважин проводят в следующем порядке. Исходя из конкретных геолого-технических условий и практики цементирования скважин в данном районе устанавливают максимально возможную скорость восходящего потока бурового и тампонажного растворов в скважине v к моменту окончания продавки, когда имеются наиболее вероятные условия гидроразрыва пород.
Максимальное ожидаемое давление на цементировочной головке рассчитывают по формуле
где рг.с - максимальная ожидаемая разность гидростатических давлений в трубах и затрубном пространстве в конце процесса цементирования, МПа; рг, рк - гидравлические сопротивления соответственно в трубах и в затрубном пространстве при принятом значении v, МПа.
Разность гидростатических давлений определяют по формуле
где Lr - глубина скважины по вертикали, м; H - высота подъема тампонажного раствора от башмака колонны по вертикали, м; h' -высота цементного стакана в колонне по вертикали, м; g - ускорение свободного падения; ρтр и ρпр - соответственно плотность тампонажного раствора продавочной жидкости.
Гидравлические сопротивления в трубах и затрубном пространстве находят соответственно по формулам
где λ - коэффициент гидравлических сопротивлений для практических расчетов принимается равным 0,035; Dc, d, d - соответственно средний диаметр скважины, наружный и внутренний диаметры обсадных труб, см; Q - производительность закачки раствора, л/с; L - длина обсадной колонны, м
Производительность при закачке цементного и бурового растворов
Максимальное ожидаемое давление на забое скважины
По вычисленным рг и рз проверяют граничные условия (прочность оборудования и предупреждение гидроразрыва или поглощения). Если условия (4.6) и (4.7) не выполняются, то корректируют V и повторно рассчитывают эти параметры до выполнения ограничений.
По расчетным значениям Q и pг выбирают тип цементировочных агрегатов (ЦА), количество которых определяется из соотношения
где q - производительность одного ЦА при давлении ≥ рг.
Требуемое количество цементосмесительных машин m определяется в зависимости от соотношения расчетного объема тампонажного раствора Vт.р и внутреннего объема обсадной колонны Vв.к.
При Vтр ≥ Vв.к
где Q' = п q - суммарная производительность ЦА при закачке тампонажных растворов, л/с;
qсм - производительность одной цементосмесительной машины, л/с.
При Vт.р ≤ Vв.к
где G - требуемая суммарная масса сухого тампонажного материала, т; Gσ - вместимость бункера смесителя, т.
Время закачки тампонажного раствора в обсадную колонну определяется из выражения
где Σq - суммарная производительность одновременно работающих ЦА при закачке тампонажного раствора, л/с.
Продавливание тампонажного раствора обычно начинают на максимальной скорости работы ЦА. По мере роста высоты подъема тампонажного раствора за колонной давление на цементировочной головке возрастает, что вынуждает снижать скорость продавливания. Вследствие этого в глубоких скважинах продавливание заканчивают, как правило, на второй или первой скорости работы ЦА.
Общее время продавливания тампонажного раствора определяют по формуле
где Vпрi - объемы продавочной жидкости, заканчиваемые на i-й скорости работы ЦА, м3; Q - суммарная производительность ЦА на 1-й скорости, м3/мин.
Для определения Vпрi следует вычислить расстояние от устья скважины до уровня тампонажного раствора внутри обсадной колонны для каждой скорости работы ЦА
где pi - допустимое давление на ЦА при работе его на i-й скорости;
F1, F2 - средние площади поперечного сечения соответственно внутреннего пространства обсадной колонны и кольцевого пространства скважины.
По li для каждой скорости работы ЦА определяют Vпрi, затем tпрi и общее время цементирования скважины.
- Тампонажные материалы для крепления обсадной колонны
- Оборудование, применяемое при цементировании заколонного пространства скважины
- Способы первичного цементирования заколонного пространства скважины
- Тампонирование заколонного пространства скважины
- Спуск обсадных колонн
- Технологическая оснастка обсадных колонн и устройства для спуска и крепления хвостиков
- Проектирование и контроль обсадных колонн, производимые с помощью компьютерных программ
- Обсадные колонны в наклонно-направленных и горизонтальных стволах
- Порядок выбора конструкций эксплуатационных обсадных колонн
- Нагрузки, воспринимаемые обсадными колоннами