Эксплуатационные скважины для освоения месторождений Западной Сибири
Установка блока манифольдов УМК -
70К:
Максимальное давление, МПа:
в напорном коллекторе 70;
в раздающем коллекторе 2,5.
Количество отводов:
на напорном коллекторе 6;
на раздающем коллекторе 8;
на отходящих к устьевой головке
2.
Номинальный диаметр отводов, мм
50.
Гидроманипулятор, подъемный
момент, кН·м 75.
Масса, кг 16600.
Парогенирирующая установка МПУ -
05/07:
На базе автомобиля КамАЗ - 43101
и Урал - 4320.
Производительность по пару,
кг/час 500.
Температура пара, 0 С
170.
Давление пара, МПа 0,7.
Габаритные размеры, мм
8270х2500х3500.
Масса не более, кг 15100.
Определяем тип цементировочного
агрегата.
Цементировочный агрегат должен
обеспечить следующее давление:
РЦА ≥РЦГ/0,8
МПа, (2.122)
где РЦА - давление,
развиваемое цементировочным агрегатом, МПа;
РЦГ - максимальное
давление на цементировочной головке, равное гидравлическим сопротивлениям при
цементировании обсадной колонны, МПа.
Максимальное давление на
цементировочной головке можно записать в виде выражения:
РЦГ =DРГС +РГД+РСТ
МПа, (2.123)
где DРГС - гидростатическое давление,
возникающее из-за разности плотностей жидкости внутри колонны и затрубном
пространстве, МПа;
РГД - давление,
необходимое для преодоления гидродинамических сопротивлений при движении
жидкости внутри колонны и затрубном пространстве, МПа;
РСТ - дополнительное
давление, возникающее при посадке продавочной пробки на кольцо "стоп"
(РСТ=2,0 МПа).
Разность давлений от составного
столба жидкости за колонной РГСЗП и внутри колонны РГСТР
равна гидростатическому давлению DРГС:
DРГС =10-6× (3105-450-30) × (1,53×104 - 1,08×104) =11,6
МПа
DРГС = РГСЗП - РГСТР =10-6× (L-hБР-hСТ) × (qТС-qБР) МПа.
(2.124)
Гидродинамические сопротивления
РГД определяется суммой сопротивлений при движении жидкости внутри
обсадной колонны и в затрубном пространстве:
РГД =РГДТР+
РГДЗП МПа, (2.125)
где РГДТР -
гидродинамические сопротивления при движении жидкости внутри обсадной колонны,
МПа;
РГДЗП -
гидродинамические сопротивления при движении жидкости в затрубном пространстве,
МПа.
По формуле Дарси - Вейсбаха:
РГДТР= 10-6
×lТР×qТР
×VТР2/
(2×g) × L/d МПа. (2.126)
РГДЗП= 10-6
×lЗП×qЗП
×VЗП2/
(2×g) ×L/ (DД-D) ×K МПа, (2.127)
где lТР и lЗП
- соответственно коэффициенты гидравлических сопротивлений в трубах и затрубном
пространстве (lТР =0,02; lЗП=0,035);
qТР
и qЗП - соответственно плотности
прокачиваемой жидкости внутри колонны и в затрубном пространстве (qТР = qБР; qЗП = qСР), Н/м3;
VТР
и VЗП - соответственно: скорости
движения потока жидкости внутри труб и в затрубном пространстве (VЗП =1,5 м/с), м/с;
SЗП
и SТР - соответственно площади затрубного
пространства и внутренней полости трубы, м2;
DС,
D, d - соответственно: диаметр скважины, наружный и
внутренний обсадных труб.
Определяем скорость движения
потока жидкости в затрубном пространстве по формуле:
VТР
= VЗП ×
SЗП/SТР
м/с. (2.128)
VТР
= 1,5×0,038/0,014=4,07 м/с.
Таким образом, по формулам (2.126)
и (2.127):
РГДТР= 10-6
×0,02×1,08 × 104
×4,082/ (2×9,8) ×3105/0,132=4,3
МПа.
РГДЗП= 10-6
×0,035×1,36 × 104
×1,52/ (2×9,8) ×3105/
(0,2159-0,146) ×1,7=1,3 МПа.
По формуле (2.125):
РГД=4,3+1,3=5,6 МПа.
Таким образом, по формуле (2.123)
определяется максимальное давление на цементировочной головке:
РЦГ =11,6
+5,6+2,0=19,2 МПа.
Необходимое давление
цементировочного агрегата определяется по условию (2.122):
РЦА ≥19,2/0,8=24
МПа.
Такое давление обеспечит
цементировочный агрегат АЦ - 32, который имеет следующие характеристики:
Полезная мощность, квт 108.
Насос поршневой цементировочный
НПЦ - 32.
максимальное давление, МПа 32;
максимальная подача, л/с 23.
Насос водяной ЦНС - 38 - 154;
максимальное давление, МПа 15;
максимальная подача, л/с 10.
Двигатель привода водяного
насоса ГАЗ - 52А.
Емкость мерного бака, м3 6,4.
Емкость бака для затворения
цемента, м3 0,25.
Масса, кг 16610.
Рассчитывается количество
цементировочных агрегатов.
Количество цементировочных
агрегатов должно обеспечить необходимую производительность закачки и продавки
тампонажной смеси. В свою очередь необходимая производительность цементирования
задается из двух условий:
Из условия создания требуемой
скорости восходящего потока в затрубном пространстве;
Из условия заданного времени
цементирования.
Руководящие документы
рекомендуют при цементировании эксплуатационных колонн скорость восходящего
потока равную 1,8…2,0 м/с.
Чтобы обеспечить рекомендуемую
скорость, суммарная производительность цементировочных агрегатов должна
составлять:
∑Q=SЗП×VВП м3/с, (2.129)
где SЗП
- площадь затрубного пространства, м2;
VВП
- скорость восходящего потока в затрубном пространстве, м/с.
∑Q=0,038×1,8=0,0684м3/с
Требуемое число цементировочных
агрегатов составит:
nЦА
=∑Q/qIV+1 (2.130)
где q - производительность одного агрегата на скорости, при
диаметре втулок, обеспечивающих необходимое давление, м3/с;
1 - резервный агрегат
nЦА
=0,0684/0,0145+1=5,7
Принимается число
цементировочных агрегатов nЦА =6.
Исходя из условия заданного
времени цементирования, находится потребная суммарная производительность
цементировочных агрегатов:
∑Q=
(VТС +VПЖ)
/ (0,75 ×TН.
СХВ - TДОП) м3/с, (2.131)
где VТС
и VПЖ - объемы тампонажной смеси и
продавочной жидкости соответственно, м3;
TН.
СХВ - время от затворения тампонажной смеси до начала ее схватывания (для
цемента ПЦТ I - 100 TН. СХВ =6300 с), с;
TДОП
- дополнительное время, необходимое для вывода смесительной машины на рабочий
режим и освобождение верхней продавочной пробки (TДОП=600с),
с.
∑Q=
(84,6+43,2) / (0,75×6300 - 600)
=0,031 м3/с
По формуле (2.130) находится
требуемое число цементировочных агрегатов:
nЦА
=0,031/0,0145 +1=3,07
Принимается число
цементировочных агрегатов nЦА =4
Окончательное число
цементировочных агрегатов принимается по наибольшему из полученных значений, то
есть nЦА =6.
Выбираются смесительные машины.
Смесительные машины (агрегаты)
предназначены для приготовления тампонажных смесей путем смешивания жидкости
затворения и твердой фазы, транспортировки сухого порошка, а также могут быть
использованы для приготовления глинистого раствора. Главными составными
элементами смесительной машины являются бункер с загрузочным и подающим шнеками
и гидросмесительная воронка.
Принимается цементосмесительная
машина типа УС - 6 - 30, которая имеет следующие характеристики:
Транспортная грузоподъемность, т
18…20.
Вместимость бункера по сухому
цементу, т 30.
Объем бункера, м3 20.
По количеству необходимого
сухого порошка, затариваемого в смесительные машины, их количество определяется
из выражения:
nсм
=∑G/G1,
(2.132)
где ∑G - суммарное количество сухого порошка, необходимого для
проведения цементирования, т;
G1 -
грузоподъемность одной смесительной машины, т.
nсм
=80,5/20=4,025
Принимаем nсм
=5.
Расчетные данные, полученные в
этом разделе, заносятся в паспорт крепления скважины.
Рассчитывается технологический
режим цементирования скважины.
В процессе цементирования в
различные периоды времени давление, необходимое для прокачивания жидкостей, не
остается постоянным. Отсюда возникает задача расчета давлений на цементировочной
головке для разных этапов цементирования и подбора развиваемых агрегатом
давлений, то есть подбора скоростей работы агрегата на соответствующих этапах.
Работу цементировочных агрегатов
на различных скоростях можно определить, построив график давлений на
цементировочной головке в реальных значениях.
Так как объем тампонажной смеси
больше внутреннего объема, то на графике выделяются три характерные точки А, Б,
С, значения которых определяются в координатах "давление - объем"
рис.2.7
Точка А соответствует началу
закачки тампонажной смеси (закачка буферной жидкости в данном случае не
учитывается). Координата "давление" будет соответствовать
гидродинамическим сопротивлениям, то есть РАЦГ=РГД=5,6
МПа.
Точка Б означает, что обсадная
колонна заполнена тампонажной смесью на весь объем. От сюда следует, что объем
для точки Б равен внутреннему объему обсадной колонны VБ
=VВН =42,4 м3. Давление в
этой точке будет минимальным и равным:
РБЦГ=РГД
- DРГС МПа
(2.133)
РБЦГ =5,6 -
11,6 = - 6 МПа.
Точка В соответствует концу
продавки тампонажной смеси. Объем в этой точке равен суммарному объему
закаченной тампонажной смеси и продавочной жидкости:
VВ =VТС+ VПЖ м3
(2.134)
VВ =84,6+43,6
=127,8 м3.
Давление в точке В соответствует
максимальному давлению в конце продавки (без учета давления для получения
сигнала "стоп"):
РВЦГ=РГД+
DРГС МПа (2.135)
РВЦГ
=5,6+11,6=17,2 МПа.
Помимо характерных точек
выделяются также и вспомогательные точки, характеризующие процесс
цементирования с применением конкретного цементировочного оборудования и
обусловленный исходными значениями.
Таких точек выделено пять: точка
1 соответствует началу работы одного агрегата на IV
скорости по закачке в скважину чистого цементного раствора, точка 2
соответствует началу работы агрегатов на IV скорости по
закачке продавочной жидкости, точка 3 соответствует началу работы агрегатов на III скорости по закачке продавочной жидкости, точка 4
соответствует началу работы агрегатов на II скорости по
закачке продавочной жидкости, точка 5 соответствует началу работы одного
агрегата на II скорости по продавке 2% от объема
продавочной жидкости.
По графику определяем объемы
тампонажной смеси и продавочной жидкости закачиваемые при разных режимах работы
цементировочных агрегатов.
При цементировании скважины
используем цементировочные агрегаты АЦ-32 с диаметром втулок поршневого
цементировочного насоса НПЦ-32 равным 125 мм. Характеристика работы агрегата,
имеющего втулки такого диаметра приведены в табл.2.15.
При расчете времени
цементирования и времени начала схватывания тампонажной смеси необходимо
соблюдение условия:
∑T+
TДОП <0,75 ×TН. СХВ сек, (2.136)
где ∑T - время закачки тампонажной смеси и продавочной жидкости.
Время закачки порции тампонажной
смеси на определенной скорости работы цементировочного агрегата определяется по
формуле:
TТС=VTCIV/ (qIV×nIV)
сек, (2.137)
где VTCIV - объем тампонажной смеси закачиваемой на IV
скорости ЦА;
nIV
- число одновременно работающих агрегатов.
Таблица 2.15 Характеристика
работы агрегата АЦ - 32 с диаметром втулок поршневого насос НПЦ-32 равным 125
мм
Скорость наоса
|
Производительность насоса Q, л/с
|
Рабочее давление, МПа
|
I
|
2,3
|
24
|
II
|
4,3
|
19
|
III
|
8,1
|
10
|
IV
|
14,5
|
6
|
Рассчитывается число применяемых
агрегатов на каждом этапе цементирования и заносится в табл.2.16.
Таблица 2.16 Режимы работы
цементировочных агрегатов
Вид
жидкости
|
Объем, м3
|
Число
агрегатов
|
Скорость
агрегата
|
Время
закачки, сек
|
Буферная
|
61
|
5
|
IV
|
842
|
Тампонажная
(гельцемент)
|
77,2
|
5
|
IV
|
1065
|
Тампонажная
(цементный
раствор)
|
7,4
|
1
|
IV
|
510
|
Продавочная
|
2,2
14,2
26,8
0,9
|
4
4
4
1
|
IV
III
II
II
|
38
438
1558
210
|
По условию (2.136):
1065+510+38+438+1558+210+600
<0,75 × 6300
4419 <4725
Условие выполняется,
следовательно расчет проведен правильно и режимы работы цементировочных
агрегатов выбраны точно.
Спуск обсадной колонны - весьма
ответственная операция. До начала спуска должны быть закончены все
исследовательские и измерительные работы в скважине, тщательно проверено
состояние бурового оборудования и инструмента, соответствие грузоподъемности
вышки и талевой системы весу подлежащей спуску колонны, подготовлен ствол
скважины.
За несколько дней до спуска
колонны на буровую завозятся обсадные трубы, элементы технологической оснастки
и необходимый дополнительный инструмент, тщательно проверенные и испытанные на
базе, а так же специальную смазку для обеспечения герметичности резьбовых
соединений при наиболее высоких температурах, возможных в скважине.
На буровой обсадные трубы вновь
осматривают, проверяют овальность жесткими двойными шаблонами соответствующих
диаметров; трубы, поврежденные при транспортировке и с повышенной овальностью,
отбраковывают, а годные сортируют по группам прочности, толщине стенок и видам
резьбовых соединений и укладывают на стеллажи в порядке, противоположном
определенности спуска их в скважину. При укладке каждую трубу нумеруют,
измеряют её длину; номер трубы, её длину и нарастающую длину колонны записывают
в специальный журнал.
По данным каверно - и
профилеграмм выявляют участки сужений ствола скважины, а по инклинограммам -
участки резкого искривления. Эти участки тщательно прорабатывают новыми
долотами со скоростью не более 35 - 40 м/ч и расширяют до номинального
диаметра. При проработке целесообразно применять ту же компоновку низа
бурильной колонны, которую использовали для бурения последнего интервала
скважины, особенно если условия бурения сложные - калибруют: спускают бурильную
колонну, низ которой имеет примерно такую же жесткость, как и подлежащая спуску
обсадная колонна, и следят за успешностью прохождения такой компоновки до
забоя. Если наблюдаются посадки или затяжки, ствол прорабатывают с несколько
меньшей скоростью. По окончании калибровки скважину тщательно промывают в
течении одного-двух циклов циркуляции. При проработке применяют промывочную
жидкость с минимальным показателем фильтрации, низкими значениями статического
и динамического напряжений сдвига и пластической вязкости, а также с хорошими
смазочными характеристиками.
При подъеме бурильной колонны
после проработки или калибровки измеряют ее длину и уточняют длину скважины;
при этом надо учитывать, что действительная длина скважины больше суммарной
измеренной длины поднятых из нее бурильных труб на величину удлинения колонны.
К спуску колонны приступают
сразу же, как только закончен подъем бурильных труб после промывки скважины
[15].
Обсадную колонну спускают с
помощью механизированных клиньев и одного элеватора.
ВНИИКРнефть рекомендует
поддерживать среднюю скорость спуска каждой трубы эксплуатационной колонны не
более 1 м/с, а ниже башмака кондуктора - не более 0,4м/с.
При спуске колонны нужно
контролировать полноту её заполнения промывочной жидкостью через обратный
клапан, следя за объемом жидкости, вытекающей из скважины, и нагрузкой на
крюке. После спуска каждых 500…800 м труб необходимо делать промежуточные
промывки, чтобы освежить жидкость в скважине, удалить скопившийся шлам и
уменьшить опасность газирования.
После окончания спуска колонну
оставляют подвешенной на талевой системе, а скважину тщательно промывают; при
этом колонна не должна упираться в забой [16].
Перед началом цементирования
смонтированную обвязку линии высокого давления агрегатов подвергают
гидравлической опрессовке давлением, величина которого в 1,5 раза превышает
максимально ожидаемое давление при цементировании. Расстановку и обвязку
цементировочного оборудования осуществляют по одному из вариантов типов схем.
Цементировочные агрегаты в пределах площадки буровой необходимо располагать
горизонтально, мерными емкостями к буровой и по возможности ближе к устью
скважины. Закачивание затворяемого раствора в скважину начинается лишь после
стабилизации режима работы цементосмесительных машин.
После окончания промывки
скважины на верхний конец обсадной колонны наворачивается специальная цементировочная
головка, в нашем случае ГУЦ 140-146х400-1, рассчитанная на максимальное
давление 40 МПа, боковые отверстия которой с помощью трубопроводов соединяют с
цементировочными агрегатами. Затем внутрь колонны закачивают буферную жидкость,
тампонажную смесь, разделительную пробку и продавочную жидкость.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
|