Выбор и обоснование способа бурения нефтяных скважин

 

 

Таблица 2.13 Подача и давление цементировочного агрегата ЦА-320А при диаметре втулки 127 мм

Передача	Давление (МПа) при диаметре поршня, мм	Производительность (л/сек) при диаметре поршня, мм
	127	127
2	18,5	5,1
3	9,5	9,8
4	6,1	15,1
5	4,0	23,0

По расчетному значению Q определяем количество цементировочных агрегатов:

               n = Q / q + 1                                               (2.143)

где: q – производительность  одного ЦА на 2 скорости при диаметре втулок, обеспечивающий необходимое давление, q₂ = 5,1 л/с   при давлении Р_ЦА;

  1 – резервный агрегат,

n = 13,35/5,1 + 1 = 2,6 + 1 = 3,6;

  Принимаем n = 4 (3 основных агрегата и 1  резервный агрегат).

Определим максимальную подачу, которую развивают 4 агрегата на максимальной передаче:

Q_МАХ. = 23∙4 =  92л/с

Таблица 2.14 Характеристика насосного агрегата ЦА-320А

Основная характеристика	Насосный агрегат ЦА-320А
Монтажная база	шасси автомобиля
Шифр насоса	9Т
Гидравлическая мощность, кВт	93
Максимальное давление, МПа	32
Максимальная подача, л/сек	26
Давление при максимальной подаче, МПа	4
Подача при максимальном давлении, л/сек	2,9
Длина хода поршня, мм	250
Диаметр сменных втулок, мм	100, 115, 127
Параметры манифольда: диаметр приемного трубопровода, мм диаметр напорного трубопровода, мм диаметр вспомогательного трубопровода, мм общая длина, м вместимость мерного  бака, м3	100 50 50 22 6
Вид соединений	посредством шарнирных  колен
Масса агрегата с автомобилем, кг	17600

 

Также количество цементировочных  агрегатов определяется из выражения:

     n_Ц.А. = V_В./V_М.Б.                                                           (2.144)

где V_В – объём воды затворения, м³;

      V_М.Б. – объём мерных баков цементировочных агрегатов, V_М.Б. = 6 м³.

n_Ц.А. = 15,9/6 = 2,65, принимаем n_Ц.А = 4.

Из двух расчётных значений количества цементировочных агрегатов выбирается n_Ц.А. = 4.

Приготовление тампонажных растворов  для изоляции продуктивных горизонтов должно производиться в отдельной осреднительной емкости с целью получения однородной смеси и качественного разобщения пластов. Рассчитаем дополнительное количество цементировочных агрегатов, которые будут качать тампонажный раствор в эту ёмкость.

Так как потери давления в циркуляционной системе насосного агрегата пренебрежимо малы, целесообразно качать тампонажный раствор в осреднительную ёмкость при максимальном диаметре втулок (127 мм).

Для обеспечения Q_MAX. = 69 л/с при продавке тампонажного раствора в скважину необходимо иметь запас по суммарной производительности агрегатов работающих на осреднительную ёмкость. На основании изложенного проектируем 4 дополнительных цементировочных агрегата. Определим  подачу этих агрегатов:

Q_ДОП. = 4∙23 =  92 л/с

Определим коэффициент запаса по производительности агрегатов работающих на осреднительную ёмкость:

k_{ОСР.ЁМК.} = Q_ДОП. / Q_MAX. = 92/92 =1                            (2.145)

Общее количество агрегатов, участвующих  в цементировании скважины равно 9.

 

Для приготовления тампонажного раствора проектируем  цементосмесительную машину типа УС6–30, которая имеет следующие характеристики:

масса загрузки бункера  на месте цементирования, т……………………….20

наибольшая производительность приготовления тампонажного раствора

плотностью 1,85 г/см³, л/с……………………………………………………..27

плотность приготавливаемого  раствора, г/см³………………1,3 – 2,4 (+ 0,02)

давление жидкости, МПа

- оптимальное…………………………………………………………………..1,5

- максимальное…………………………………………………………………2,0

габариты, мм:

- длина…………………………………………………………………………8860

- ширина………………………………………………………….…………….2500

- высота………………………………………………………………………...3430

масса, кг………………………………………………………………………12240

 

             

  По производительности  смесительная машина  УС6-30 может  обеспечить работу двух цементировочных  агрегатов, то есть:

n_СМ. = n_Ц.А./2          (2.146)

где   n_Ц.А. – число цементировочных агрегатов.

n_СМ. = 5/2 = 2,5

Принимаем число смесительных машин n_СМ = 3.

  По количеству  необходимого сухого порошка,  затариваемого в смесительные  машины, их количество находится  по формуле:

 n_С.М. = åG/G₁                     (2.147)

где   åG – суммарное количество сухого порошка, необходимого для

         проведения цементирования.

         G₁ – грузоподъемность одной смесительной машины, т.

n_С.М. = 88,91/ 18 = 4,9 , принимаем n_С.М. = 5.

Таким образом, необходимое число смесительных машин составляет 5 машин, а цементировочных агрегатов – 10.

 

2.5.5.2 Технологический  режим цементирования скважины

 

Особую задачу представляет решение вопроса о режиме закачки  и продавки тампонажной смеси. Дело в том, что в процессе работы цементировочных агрегатов, давление на цементировочной головке постоянно изменяется из-за изменения положения уровня тампонажной смеси в трубах и затрубном пространстве. В период закачки смеси в обсадные трубы давление будет уменьшаться  до минимального, а после выхода смеси из-под башмака колонны давление будет возрастать до максимального в конце продавки. Поэтому в начальный период цементирования агрегаты могут работать в режиме максимальной производительности (при минимальном давлении). В дальнейшем с повышением давления производительность агрегатов необходимо снижать. Практически это реализуется переключением скоростей агрегата.

Расчёт режимов закачки  растворов начинают с построения  графика изменения давлений на цементировочной головке в зависимости от суммарного объёма закаченных растворов. График строится по трём характерным точкам, между которыми изменение давления на цементировочной головке с некоторой долей условности считают линейным.  Это точка начала закачки тампонажного раствора в обсадную колонну, в которой давление на цементировочной головке равно сумме гидравлических сопротивлений в колонне и кольцевом пространстве, точка, соответствующая моменту прихода тампонажного раствора на забой, когда давление на цементировочной головке минимально и точка в конце продавки тампонажного раствора, в которой давление на цементировочной головке максимально.

Максимальное давление на цементировочной  головке, без учёта давления “Стоп” в конце продавки тампонажной  смеси Р_Ц может быть найдено по формуле:

                                            Р_Ц = Р_ЦГ – Р_СТ=13,4-3=10,4                          (2.148)

 Рассчитаем теперь давление, которое возникает на цементировочной  головке в момент прихода тампонажной  смеси на забой, Р¹_Ц (в МПа):

                                                  Р¹_Ц = ∆ P¹_ГС + P¹_Т + P¹_К                                (2.149)   

где ∆ P¹_ГС - максимальная ожидаемая разность гидростатических давлений в затрубном пространстве и в трубах на момент прихода тампонажной смеси на забой, МПа (эта величина отрицательна);

P¹_Т, P¹_К - гидравлические сопротивления соответственно в трубах и в затрубном пространстве, МПа.

∆ P¹_ГС можно рассчитать по формуле:

     ∆ P¹_ГС =  g  L¹  (ρ_БР – ρ¹_СРВЗВ)10^-6=9,81∙2830∙ (1080-1400) ∙ 10^-6=-8,9 МПа (2.150)

 где: L¹ - глубина скважины  по вертикали, м;

        g = 9,8 м/с² - ускорение свободного падения;

        ρ_БР - плотность бурового раствора, кг/м³  (плотность буферного

        раствора принимается равной  плотности бурового раствора);

        ρ¹_СРВЗВ – средневзвешенная плотность раствора в обсадной колонне на момент прихода тампонажного раствора на забой, кг/м³. Она равна плотности тампонажного раствора ρ_ТР, если необходимый объём тампонажного раствора                       V_ТР ≥ V_ОК     - внутреннего объёма обсадной колонны, равного (в м³):

                                   V_ОК = π d²_ОК L / 4=3,14∙0,127²∙3100/4=39,25     (2.151)

где: L – длина обсадной колонны, м;

       d_ОК – средневзвешенный внутренний диаметр обсадной колонны, м.                                                 

По формуле (2.149):

Р¹_Ц = -8,9+2,87+0,066=-5,964 МПа

        В связи с тем, что величина Р¹_Ц будет иметь отрицательное значение, закачку тампонажного раствора до забоя можно производить с максимальной производительностью.

       Давление  на цементировочной головке   в момент начала закачки тампонажного  раствора в обсадную колонну Р⁰_Ц (в МПа) равна сумме гидравлических сопротивлений в секциях обсадной колонны Р⁰_Т и Р⁰_К

                                      Р⁰_Ц=2,87+0,066=2,936 МПа

       Следующий этап  – определение суммарных закачанных объёмов ΣV в скважину при цементировании (абсциссы графика). Эти объёмы рассчитывают без учёта закачки буферной жидкости. На момент начала закачки тампонажного раствора объём ΣV⁰ равен нулю. В момент прихода тампонажного раствора на забой ΣV¹ равна внутреннему объёму  обсадной колонны V_ОК.

                                ΣV¹ =  V_ОК =39,25 м³                                                                  (2.152)

  В конце продавки тампонажного раствора ΣV равен сумме объёмов тампонажного раствора V_ТР и продавочной жидкости V_ПР:

ΣV =  V_ТР  + V_ПР  =117,61+40,825=158,435  м³                     (2.153)

По полученным данным строят график изменения давления на цементировочной  головке (рис.2.8).

Рисунок 2.8. График изменения давления на цементировочной головке

 

Таблица 2.15 Режимы работы цементировочных агрегатов

Скорость агрегата	Объем раствора закачиваемый на  данной скорости
V IV III II	110 15 20 13,435

 

Рассчитаем  время продавки и закачки тампонажного раствора в заколонное пространство. Цементирования t_П (в мин) в режиме нормальной закачки, с производительностью Q:

t _П = 16,7•V_i / (q (n – 1))_,                                           (2.154)

где: q - производительность  продавки тампонажного раствора в заколонное пространство одним цементировочным агрегатом л/с.

Т.к. подача насосов цементировочных  агрегатов в процессе продавки меняется, то рассчитываем время продавки для каждой подачи и суммируем полученные времена для определения t_П.

t _{П V} = 16,7•110 / (23•(4 – 1))=26,6 мин

t _{П IV} = 16,7•15 / (15,1•(4 – 1))=5,5 мин

t _{П III}  = 16,7•20 / (9,8•(4 – 1))=11,4 мин

t _{П II}  = 16,7•13,435 / (5,1•(4 – 1))=14,7 мин

Σ t_П=26,6+5,5+11,4+14,7=58,2мин

Определяем время цементирования скважины t_Ц (в мин): t_з=58,2

t_Ц  =  t_ЗАК  + 15 мин = t_З  + 15 мин                                      (2.155)

t_Ц=58,2+15=73,2 мин

Δt_З  ≤ 0,75• t_ЗАГ,

t_ЗАГ – время начала   загустевания тампонажного раствора, определяемое консистометром, мин (для ПЦТ – I – 100 равно 105 мин);

        15 мин – дополнительное время, необходимое для вывода цементосмесительной машины на режим, освобождения продавочной пробки и получения сигнала “Стоп”.

73,2 мин < 0,75*105 = 78,75 мин

условие  выполняется

Рассчитываем также  число агрегатов, задействованных в закачке буферной жидкости, по формуле: