З метою запобігання розриву порід при цементуванні та поглинанню тампонажного розчину, а також кращого витіснення промивальної рідини із кільцевого простору вибираємо густину тампонажного розчину з наступної умови:

сmin ? сЦР ? сmax

де: сmin – нижня границя густини із умови забезпечення кращого витіснення бурового розчину тампонажним і можливості контролю висоти підйому тампонажного розчину, кг/м3;

сmin = сПР + ?с

де: сПР – густина промивальної рідини, якою заповнена свердловина перед цементуванням, кг/м3;

?с – мінімально необхідне перевищення густини тампонажного розчину над буровим, ?с = 200-250 кг/м3;

сmin = 1180 + 200 = 1380 кг/м3;

сmax – верхня границя густини тампонажного розчину із умови попередження поглинання тампонажного розчину, кг/м3;

Ргр

–––––––––––– – (Нп – hЦР’) Ч сПР

б Ч g + в0СР

сmax = –––––––––––––––––––––––––––––––––;

hЦР’

де: Ргр – тиск гідророзриву порід, Па;

б – коефіцієнт безпеки, б = 1,1 – 1,3;

Нп – глибина залягання підошви поглинаючого горизонту, м;

hЦР’ – висота підйому тампонажного розчину над поглинаючим горизонтом, м;

в0СР – узагальнений коефіцієнт гідравлічних втрат у кільцевому просторі.

в01 Ч (Н – Нп) + в02 Ч (Н1 – Нст) + в03 Ч Нст

в0СР = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––;

Н

де: в01, в02, в03 – коефіцієнти гідравлічних втрат в незакріпленому і закріпленому стволі свердловини.

л Ч хКП12

в01 = ––––––––––––;

2 Ч (Д – dЗ)

де: л – коефіцієнт гідравлічних втрат при русі промивальної рідини і тампонажного розчину в кільцевому просторі;

хКП1 – швидкість підйому тампонажного розчину в незакріпленому інтервалі, хКП1 = 1,5 – 2 м/с;

Д – номінальний діаметр свердловини, м;

Д = КL Ч Дд;

де: КL – лінійний коефіцієнт кавернозності, КL = v1,15 = 1,07;

Д = 1,07 Ч 0,2159 = 0,231 м;

dЗ – зовнішній діаметр колони, м;

0,035 Ч 1,52

в01 = ––––––––––––––––– = 0,46;

2 Ч (0,231 – 0,146)

л Ч хКП22

в02 = –––––––––––––––;

2 Ч (dВНПК – dЗ)

хКП2 – швидкість підйому тампонажного розчину в закріпленому інтервалі, м/с;

хКП2 = f1 Ч хКП1;

f1 – коефіцієнт переводу від незакріпленого інтервалу до закріпленого;

Д2 – dЗ 2

f1 = –––––––––––––;

(dВНПК)2 – dЗ2

1,07 Ч 0,21592 – 0,146 2

f1 = ––––––––––––––––––––– = 1,17;

0,2212 – 0,1462

хКП2 = 1,17 Ч 1,5 = 1,76 м/с;

0,035 Ч 1,762

в02 = ––––––––––––––––– = 0,72;

2 Ч (0,221 – 0,146)

л Ч хКП32

в03 = –––––––––––––––;

2 Ч (dВНПК – dБТ)

хКП3 = f2 Ч хКП2;

(dВНПК)2 – dЗ 2

f2 = –––––––––––––;

(dВНПК)2 – dБТ2

0,2212 – 0,146 2

f2 = –––––––––––––––– = 1,34;

0,2212 – 0,1682

хКП3 = 1,76 Ч 1,34 = 2,36м/с;

0,035 Ч 2,362

в03 = ––––––––––––––––– = 0,78;

2 Ч (0,221 – 0,168)

0,46Ч(3000–1950)+0,72Ч(1950–1000)+0,78Ч1000

в0СР = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– = 0,653;

3000

35,85Ч106

–––––––––––––––– – (2120–2120)Ч1180

1,0Ч9,81+0,653

сmax = –––––––––––––––––––––––––––––––––––––– = 1910 кг/м3;

2120

1380 кг/м3 ? сЦР ? 1910 кг/м3

2.11.2 Вибір густини і складу тампонажного розчину

Основними факторами, які обумовлюють склад тампонажних матеріалів, є: пластовий тиск і тиск гідророзриву порід, висота інтервалу цементування, температура на вибої, агресивність пластових вод, наявність і хімічний склад солей в інтервалі цементування.

Враховуючи перелічені фактори, виробничі матеріали та рекомендації [12], вибираємо для цементування експлуатаційної колони цемент ПЦТ-1 – 100.

Густина сухого цементу сЦ = 3100 кг/м3.

Водоцементне відношення W = 0,5.

Визначимо густину тампонажного розчину

(1 + W) Ч сЦ Ч сР

сЦР = ––––––––––––––––;

W Ч сЦ + сР

де: сР – густина рідини замішування, кг/м3;

В нашому випадку це вода, отже сР = 1000 кг/м3.

(1 + 0,5) Ч 3100 Ч 1000

сЦР = ––––––––––––––––––––– = 1820 кг/м3.

0,5 Ч 3100 + 1000

Дана густина задовольняє умову з попереднього пункту

1380 кг/м3 ? 1820 кг/м3 ? 1910 кг/м3

Отже даний цемент підходить для виконання цементування експлуатаційної колони.

Розрахунок цементування експлуатаційної колони

Вихідні дані:

- глибина свердловини, м | Н = 3000

- глибина спуску попередньої колони, м | Н1 = 1950

- висота цементного стакану, м | hСТ = 30

- внутрішній діаметр експлуатаційної колони по інтервалах, м:

3000 – 2800 | dВН1 = 0,1246

2800 – 1000 | dВН2 = 0,127

1000 – 0 | dВН3 = 0,1502

- внутрішній діаметр попередньої колони, м | dВНПК = 0,221

- діаметр долота, м | D д = 0,2159

- густина, кг/м3:

тампонажного розчину | сЦР = 1820

протискувальної рідини | сПР = 1180

сухого цементу | сЦ = 3100

- водоцементне відношення | W = 0,5

- коефіцієнт кавернозності | КV = 1,15

- зовнішній діаметр експлуатаційної колони

3000 – 1000 | dЗ1 = 0,146

1000 – 0 | dЗ2 = 0,168

висота першої секції ЕК | h1 = 200

висота другої секції ЕК | h2 = 1180

висота третьої секції ЕК | h3 = 1000

Зображаємо розрахункову схему цементування першої (нижньої) секції експлуатаційної колони.

Рисунок 2.22 – Розрахункова схема

1. Розрахунок необхідної кількості матеріалів

а) необхідна кількість цементного розчину

б) необхідна кількість сухого цементу

VЦР Ч сЦР

МЦ = –––––––––––– Ч д;

1 + W

де: д – коефіцієнт втрат сухого цементу, д = 1,05;

63.61 Ч 1820

МЦ = –––––––––––– Ч 1,05 = 75348 кг = 75,3 т;

1 + 0,5

в) необхідний об’єм води для замішування цементного тіста

VВ = МЦ Ч W;

VВ = 75,3 Ч 0,5 = 37,67 м3;

г) необхідний об’єм протискувальної рідини

де: КСТ – коефіцієнт стиснення рідини, КСТ =1,03 – 1,05

dвсер – внутрішній середеньоквадратичний діаметр колони, м2

де: - внутрішній діаметр секції колони з однаковою товщиною стінки, м

hі – довжина секції колони з одинаковою товщиною стінки

2. Вибір цементувальних агрегатів

Цементувальні агрегати вибираємо по тиску на цементувальній головці в кінці процесу цементування

РК = РР + РГ;

де: РР – тиск, який створюється