» » Гидравлический расчет цементирования

Гидравлический расчет цементирования

03.08.2016

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:
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

Максимальное ожидаемое давление на забое скважины
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

где G - требуемая суммарная масса сухого тампонажного материала, т; Gσ - вместимость бункера смесителя, т.
Время закачки тампонажного раствора в обсадную колонну определяется из выражения
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

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
Гидравлический расчет цементирования

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.