Задачи

Задача 1.

Выбрать конструкцию вертикальной нефтяной скважины: количество, глубины спуска, диаметры обсадных колонн, диаметры долот, высоты подъема цементного раствора за колоннами. Исходные данные приведены в таблице 1.

Таблица № 1.

dЭК, мм	168	Глубина скважины, м	2600
Хар-ка зон совместимых условий бурения
Зона 1	Зона 2	Зона 3
Интервал H1, м	Макс. пласт. давление PПЛ, МПа	Мин. давление гидро-разрыва PГР, МПа	Интервал H2, м	Макс. пласт. давление PПЛ, МПа	Мин. давление гидро-разрыва PГР, МПа	Интервал H3, м	Макс. пласт. давление PПЛ, МПа	Мин. давление гидро-разрыва PГР, МПа
0 - - 550	6,2	8,1	550 - - 1450	18,2	21,2	1450 - - 2600	32,5	37,1

Решение

1. Для разведки Дэд определяется по формуле:

Дэд = dм + 2Dн,

где Dэд- диаметр долота, мм,

dм - диаметр муфты эксплуатационной колонны, мм,

Dн - диаметральный зазор между стенкой скважины и муфтой обсадной трубы.

Для обсадной трубы диаметром 168 мм диаметр муфты = 188 мм, а диаметральный зазор = 25, т. к. при разведке он должен быть максимальным.

Тогда:

Дэд = 188 + 2*25 = 238 мм.

Дэд = 242,9 мм.

Внутренний диаметр промежуточной колонны определяется по формуле:

dпред = Дэд + 2Dв

dпред = 242,9 + 2*5 @ 253 мм.

Наружный диаметр промежуточной колонны определяется по формуле:

Дн пред = 253 + 2*9 = 271 мм.

По номенклатуре обсадных труб определяются для промежуточной колонны трубы диаметром 273 мм с толщиной стенки 9 мм. Диаметр долота под промежуточную колонну:

Дпрд = 299 + 2*13 = 325 мм.

По ГОСТу принимается долото диаметром:

Дпрд = 320 мм.

Определяется внутренний диаметр кондуктора:

dк = Дпрд + 2*Dв

dк = 320 + 2*5 = 330 мм.

Наружный диаметр кондуктора:

Днк = 330 + 2*9,5 = 349 мм.

По номенклатуре обсадных труб принимаются трубы с наружным диаметром 407 мм и с толщиной стенки d = 10 мм.

Цементирование проводят следующим образом:

а) кондуктор – по все длине;

б) промежуточная колонна – на участке не менее 500м от башмака;

в) эксплуатационная колонна – на участке от забоя до уровня, расположенного не менее чем на 100м выше башмака предыдущей колонны.

Схематическое изображение конструкции скважины

Задача 2.

По исходным данным и результатам решения задачи 1 определить плотность бурового раствора для бурения интервала под эксплуатационную колонну, необходимое количество раствора, глины, утяжелителя и воды для его приготовления. За исходный принять раствор для бурения предыдущего интервала (под кондуктор или промежуточную колонну).

Норму расхода бурового раствора на 1 метр проходки принять n = 0,11 м3/м. Средняя толщина стенки предыдущей обсадной колонны δ = 9 мм.

Решение

1. Найдем необходимый объем бурового раствора, необходимый для механического бурения:

VБУР = n · L = 0,11 · 1150 = 126,5 м3,

2. Определим плотность исходного раствора:

ρБР = 100 · РПЛ · 1,1/Н = 100 · 18,2 · 1,15/2600 = 0,805 г/см3,

3. Определим необходимую плотность раствора для вскрытия продуктивного пласта:

ρБР’ = 100 · РПЛ · 1,1/Н = 100 · 32,5 · 1,1/2600 = 1,375 г/см3,

4. Найдем необходимой кол-во сухой глины:

QГЛ = VБУР · (ρГЛ · (ρБР’- ρБР)) / (ρГЛ - ρБР) =

= 126,5 · (2,6 · (1,375 - 0,805)) / (2,6 – 0,805) = 104,44 т,

5. Найдем кол-во воды, необходимой для приготовления 1 м3 бурового раствора заданной плотности:

QВ = (ρГЛ - ρБР’) / (ρГЛ - ρВ) = (2,6 – 1,375) / (2,6 - 1,0) = 0,766 м3,

Тогда общее кол-во воды, необходимое для приготовления 126,5 м3 раствора, составит:

VВ = VБУР · QВ = 126,5 · 0,766 = 96,85 м3,

Задача 3.

По исходным данным и результатам решения задачи 1 и 2 произвести расчеты одноступенчатого цементирования эксплуатационной колонны.

Дополнительные данные: водоцементное отношение m = 0,5; плотность сухого цемента ρСЦ = 3150 кг/м3; высота цементного стакана h = 20 м; средняя толщина стенки эксплуатационной колонны δЭК = 8 мм; коэффициент, учитывающий потери сухого цемента К2 = 1,05; коэффициент уширения скважины К1 = 1,25; коэффициент сжимаемости продавочной жидкости kC = 1,03; геометрический градиент G = 0,025 град/м.

Решение

1. Определим плотность тампонажного раствора:

2. Вычисляем минимальный объем буферной жидкости:

3. Рассчитаем критический объем буферной жидкости для предотвращения проявления в процессе цементирования по формуле:

Здесь DСКВ = kУ · DДОЛ = 1,25 · 0,2429 = 0,3036 м, ρБУФ = 1,377 г/см3.

4. Объем буферной жидкости принимается из условия:

Принимаем VБУФ = 20 м3, состав буферной жидкости: воды – 10 м3, КМЦ-500 – 0,15 т.

5. Определяем высоту столба буферной жидкости в затрубном пространстве:

где DСР_ПК – средневзвешанный внутренний диаметр промежуточной колонны = 0,255 м.

6. Находим высоту столба бурового раствора в затрубном пространстве:

где 100 – высота столба тампонажного цементного раствора внутри промежуточной колонны.

7. Определим требуемое кол-во тампонажного цементного раствора:

8. Рассчитываем массу тампонажного цемента:

9. Определим требуемое кол-во воды для затворения тампонажного цемента:

10. Найдем объем продавочного раствора:

11. Принимаем технологически необходимую скорость восходящего потока тампонажного цементного раствора в затрубном пространстве 1,8 м/с и определяем подачу насосов ЦА для обеспечения данной скорости:

Здесь VСТАК – объем цементного стакана.

12. Определим максимальное давление на цементировочной головке в конце цементирования:

где РР – максимальная ожидаемая разность гидростатических давлений в трубах и затрубном пространстве к конце цементирования.

При ρЦР = ρБР:

РТР – давление на преодоление гидравлических сопротивлений в трубах:

РЗАТР – давление на преодоление гидравлических сопротивлений в затрубном пространстве:

13. Допустимое давление на устьевое цементировочное оборудование:

14. В соответствии с Q и РК выбирают тип ЦА; В данном случае Q = 90,3 дм3/с; РК = 17,81 МПа. Принимаем ЦА-320 М.

15. Определяем число ЦА из условия их подачи, рассчитанной при РК. Диаметр втулки 100 мм и давление насоса ЦА РIII = 18 МПа, qIII = 5,2 дм3/с.

Принимаем 18 агрегатов ЦА-320М.

16. Рассчитываем необходимое число цементосмесительных машин в зависимости от массы цемента, его насыпной объем массы и вместимости бункера:

Здесь 14,5 м3 – объем бункера 2СМН-20.

В каждую цементосмесительную машину будет загружено по 16,173 т цемента.

17. Определим кол-во работающих ЦА при закачке буферной жидкости. Так как объем буферной жидкости 20 м3, а емкость мерного бака ЦА 6,4 м3, то для закачки буферной жидкости принимаем три ЦА.

Так как давление на преодоление гидравлических сопротивлений сопротивлений даже в конце цементирования небольшое (12,15 МПа), то буферную жидкость можно закачивать при q1V = 7,9 дм3/с.

18. Число работающих ЦА при закачке тампонажного цементного раствора рассчитывается по формуле:

Для получения подачи 90,3 дм3/с достаточно взять q1V = 7,9 дм3/с, т. е. 12 · 7,9 = 94,8 7,9 дм3/с.

Суммарная подача смесительных машин обеспечит полученную суммарную подачу ЦА.

19. Закачивание 0,98 объема продавочного раствора будет осуществлять 18 ЦА при подаче 5,2 дм3/с. Оставшиеся 0,02 объема продавочного раствора будет закачиваться одним агрегатом при подаче qIII = 5,2 дм3/с.

20. Определим продолжительность цементирования обсадной колонны:

Для цементирования обсадной колонны необходимо принять тампонажный цементный раствор, характеризующийся началом загустевания: