G1=q1l1 (2.63)

де q1 – вага погонного метра труби, н/м;

l1 – довжина першої секції, м.

G1=0.321103340=109,2103H

Довжину другої секції визначимо з умови:

де [G]2 – допустимі розтягуючі навантаження для обсадних труб ОТТМ, [G]=961кН

м

Отже труби даної секції встановимо на довжину 2400м в інтервалі 200-2600м. Останні 200м обсадних труб компонуємо з труб групи міцності „Д” і товщиною стінки d=10,7мм. Виходячи з досвіду буріння нафтових і газових свердловин в інтервалі 0-200м обсадні труби зазнають значного зносу, внаслідок різних технологічних операцій.

Таблиця 2.9. – Конструкція 146м експлуатаційної колони.

Інтервал встановлення секції, м | Довжина секції, м | Товщина стінки, мм | Група міцності | Вага секції, кг | Наростаюча вага колони, кг

2940-2600 | 340 | 10,7 | Д | 109,2 | 109,2

2600-200 | 2400 | 7,7 | Д | 636 | 745,2

200-0 | 200 | 10,7 | Д | 64,2 | 809,4

G2=24000,265103=636кН

G3=2000,321103=64,2кН

G1-3=109,2+636+64,2=809,4кН

Рисунок 2.5 – Схема конструкції 146мм експлуатаційної колони після розрахунку на міцність

2.9. Цементування обсадних колон.

Проведемо розрахунок компонування експлуатаційної колони, спущеної на глибину 2940м, якщо її зовнішній діаметр 146мм, цементування проводимо до устя, діаметр долота для буріння під експлуатаційну колону рівня 215,9мм, коефіцієнт ковернозності 1,2, проміжна колона із зовнішнім діаметром 245мм спущена на глибину 2000м. Густина промивної рідини та протискувальної 1140кг/м3. Висота цементного стакана 20м. Цементування буде здійснюватись там належним облегченим шлаковим цементом типу ОШЦ, що має густину 2730кг/м3. Водоцементне відношення 0,9. Внутрішній діаметр експлуатаційної колони в інтервалах 2940-2600-124,6мм; 2600-200-130,6мм; 200-0-124,6мм. В інтервалі 2120-2820м знаходиться горизонт, тиск гідророзриву якого Ргр=41,6МПа

Визначимо густину томпонажного розчину за формулами

стрн=спр+250 (2.64)

(2.65)

де стрн, стрв – нижня і верхня межа густин тампонажного руху кг/м3;

а – коефіцієнт безпеки береться в межах 1,1-1,3;

hтр – висота сповна тампонажного розчину, розміщеного вище підошви горизонту, м;

Нn – глибина залягання підошви пласту, м;

Во – узагальнюючий коефіцієнт гідравлічних втрат в кільцевому просторі

(2.66)

де лкп – коефіцієнт гідравлічних втрат при русі рідини в кільцевому просторі для тампонажного розчину лкп = 0,035

Dc – діаметр свердловини, м

d3 – зовнішній діаметр обсадної колони, м

сгрн=1140+250=1390кг/м3

Середнє значення узагальненого коефіцієнта гідравлічного опору.

кг/м3

Приймемо густину томпонажного розчину 1500 кг/м3.

Умова стрн<стр<стрв виконується

1390<1500<1549

Визначимо об’єм томпонажного розчину.

Висота стовнпа томпонажного розчину у відкритому стволі hтрс=940м. В обсадженому стволі hтрк=2000м.

Vтр=0,785[(1,20,21592-0,1462)940+(0,22052-0,1462)2000+0,1246220]= =68,6м3

Знаходимо масу сухого цементу за формулою:

(2.67)

де Квт – коефіцієнт, що виражає втрату; Квт=1 – 1,05.

W – водоцементне відношення:

кг

Знайдемо об’єм води за формулою.

(2.68)

м3

Об’єм протискувальної рідини знаходимо за формулою:

(2.69)

(2.70)

де Кст – коефіцієнт стисливості протискувальної рідини (Кст=1,03ч1,05)

м2

Vп=0,7851,040,0167(2940-20)=40м3.

Визначимо тиск на цементувальній головці в кінці цементування за формулою:

Рк=Рс+Рг (2.71)

(2.72)

(2.73)

МПа

(2.74)

(2.75)

м/с

Рг=0,941140(294020+0,5)(2,9401500)=5106Па

Рк=5+10,3=15,3МПа

За кінцевим тиском вибираємо цементувальний агрегат ЦА-320М при діаметрі втулок 11,5мм.

Весь об’єм томпонажного розчину закачуємо на п’ятій швидкості цементуючого агрегату.

Постійні цементування знаходимо за формулою:

(2.76)

(2.77)

(2.78)

де Fo – площа внутрішнього перерізу колони, м2;

Fкп – площа поперечного перерізу кільцевого простору, м2;

h0 – висота жовна співпадання рівнів у колоні і за колоною, м2;

l0 – віддаль від устя до перерізу свердловини в момент співпадання рівнів томпонажного розчину в колоні і за колоною, м;

а – коефіцієнт, який показує, на скільки метрів зменшеться рівень у колоні при збільшенні тиску на 1Па.

м2

FКП1=0,785(1,20,21592-0,1462)=2,7210-2м2;

FКП22=0,785(0,22052=0,1462)=0,023м2;

м2

м

l0=2940-1839=1101м;

Величина стовпів протискувальної рідини, що закачується на різних швидкостях знаходиться за формулами:

(2.79)

l5=1101+1,0410-4(5-5)106=1101м;

h4=1,0410-4(7,6-5)106=270м;

h3=1,0410-4(11,7-7,6)106=430м;

h2=1,0410-4(15,35)106=1123м;

Зробимо перевірку по сумі висот

Уl=1101+270+430+1123=2924м;

Об’єм протиснувальної рідини, що закачується на різних швидкостях визначають за формулами:

(2.80)

Vn5=0,01311011,04=14,9м3

Vn4=0,0132701,04=3,7м3;

Vn3=0,0134301,04=5,8м3;

Vn2=0,01311231,04=15,2м3

Зробимо перевірку:

УVn=14,9+3,7+5,8+15,2=39,6м3?40м3

Час цементування за умови роботи одного цементувального агрегату визначимо заформулою:

Ту=УТуn+Tn

де Ту – час цементування колони, с;

Туn – час роботи агрегату на n-ній швидкосіт, с;

Тn – час на промивання лінії, закачування останньої порції протискувальної рідини на найнижчій швидкості. Тn=10 – 15хв.

Час роботи цементувального агрегату на n-ній швидкості визначають за формулою:

(2.81)

де Vnтр, Vnn – об’єм томпонажного розчину і протискувальної рідини, закачані на n-ній швидкості, м3;

qn – продуктивність агрегату на n-ній швидкості, м3/с.

хв

хв

хв

хв

Ту=76+5+12,0+6,1+15=169хв

Необхідну кількість цементувальних агрегатів знаходять за такими умовами:

а) за часом тужавіння тампонажного розчину:

(2.82)

де n – кількість цементувальних агрегатів.

ТnТУЖ – час початку тужавіння тампонажного розчину, с.

б) для забезпечення необхідної швидкості підйому тампонажного розчину в затрубному просторі

(2.83)

50хв – час початку тужавіння тампонажного розчину із цементу типу ОШЦ [3]

Необхідну кількість цементувальних машин знаходимо за такими умовами:

(2.84)

де my – об’ємна маса цементу, кг/м3;

VБ – об’єм бункера цементозмішувальної машини, м3;

б) за продуктивністю

(2.85)

де (n-1)qn – сумарна продуктивність всіх агрегатів при роботі на найвищій швидкостій, м3/с.

Qум – маскимальна продуктивність однієї цементозмішувальної машини, м3/с.

m1=68600:20000=4

20000кг – вміст бункера цементозмішувальної машини 2СМН-20 [2]

Таким чином для цементування експлуатаційної колони необхідно 5 цементувальних агрегатів ЦА – 320М і 6 цементозмішувальних машин 2СМН – 20.

Загальний час цементування за умови роботи необхідної кількості агрегатів визначають за формулою:

(2.86)

хв