,

де – глибина залягання поглинаючого пласта по підошві, м;

– висота підйому цементного розчину над поглинаючим пластом, м;

g –прискорення вільного падіння, м/с2;

В0 – узагальнений коефіцієнт гідравлічних втрат в затрубному просторі.

Величина В0 залежить від режиму течії (турбулентного чи структурного).

Проектуємо структурний режим течії цементного розчину при виході із під башмака.

а) в незакріпленому інтервалі свердловини

де – динамічне напруження зсуву;

с – густина рідини в незакріпленому інтервалі свердловини;–

коефіцієнт кавернозності (лінійний).

D – номінальний діаметр свердловини: D = Dд;

d – зовнішній діаметр обсадної колони, що цементується.

б) в закріпленій частині свердловини

і – безрозмірні коефіцієнти, які залежать від числа Сен-Венана-Ілюшина і знаходяться з допомогою графіка (дивись рисунок 5.1).

Числа Сен-Венана-Ілюшина розраховуємо за формулами:

де – швидкість підйому розчинів в кільцевому просторі свердловини;

Приймаємо

Рисунок . – Залежність безрозмірних коефіцієнтів (для труб) і (для кільцевого простору) від числа Сен-Венана-Ілюшина

Із графіка .

Тоді для інтервалу 2500-3550 м буде рівним (див. рисунок 5.1)

для інтервалу 0-2550 м буде рівним

Знайдемо середнє значення наприкінці цементування за формулою

.

Знайдемо максимально можливу густину цементного розчину.

= 565м, =565м.

.

Густина попередньо вибраних нами цементних розчинів є 1820 кг/м3, що задовольняє умовам. Отже залишаємо вибрані густини без змін.

Проектуємо цементний розчин густиною 1820 кг/м3 із портландцементу ПЦТ I-50.

Розрахунок цементування експлуатаційної колони

Максимально допустима швидкість потоку промивальної рідини в заколонному просторі при закачуванні цементного розчину визначається за формулою:

де

, тоді

Мінімальною при турбулентному русі буде критична швидкість, яка визначається за формулою:

Розрахункова схема цементування зображена на рисунку 5.2.

Визначаємо необхідну кількість матеріалів для цементування.

1. Об’єм цементного розчину знаходимо за формулою

,

де – площа попереднього перерізу кільцевого простору в незакріпленій частині свердловини, м2;

– відповідна площа попереднього перерізу кільцевого простору в закріпленій частині свердловини, м2;

– площа внутрішнього перерізу обсадної колони, що цементується, в зоні розташування цементного стакана:

Рисунок . – Розрахункова схема цементування експлуатаційної колони–

внутрішній діаметр обсадної колони в зоні розташування цементного стакана.

Знайдемо об’єм цементного розчину

2. Кількість цементного порошку знаходимо за формулою

де W – водоцементне відношення маси води, потрібної для замішування цементного тіста, до маси сухого цементу. WПЦТ = 0,50;

4. Об’єм протискувальної рідини

де Д – коефіцієнт стисливості, Д = 1,03 ч 1,05. Приймаємо Д = 1,03.

F0 – середнє значення площі перерізу каналу обсадної колони:

,

де – довжина і внутрішній діаметр першої секції обсадних труб.

5. Вибір цементувальних насосів

Визначаємо необхідну подачу насосів.

Для закачування і нагнітання розчинів в турбулентному режимі швидкість в кільцевому просторі повинна задовольняти умову:

Приймаємо

Для забезпечення такої швидкості подача насосів повинна дорівнювати величині

Для структурного режиму подачу насосів визначаємо за формулою

При структурному режимі максимальний тиск очікується в кінці цементування і обчислюється за формулою:

де – тиск, необхідний для подолання незрівноваженості стовпів розчинів в трубах і за трубами:

;

– гідродинамічні втрати при русі розчинів в структурному режимі:

де – узагальнений коефіцієнт гідравлічних втрат в трубах при переміщенні

протиснювальної рідини в структурному режимі. Знаходимо його за формулою:

Величину в знайдемо із графіка приведеного на рисунку 6 відповідно до значення коефіцієнта Se, який визначаємо за наступною формулою:

де – швидкість руху рідини в трубах при структурному режимі.

де величину визначаємо з виразу:

, в = 0,9, тоді

Знаходимо

По максимальному тиску в процесі цементування підбираємо діаметр втулок цементувальних насосів.

На СПБУ стаціонарно встановлені 3 насоси 11Т та один насос 4Р-700.

Характеристика цементувальних насосів, установлених на СПБУ «Сиваш» приведена в таблиці 5.1.

Для закачування цементного розчину вибираємо три насоса 11Т з діаметром втулок 110 мм і частотою обертання двигуна 400 об/хв, а для протискування розчину вибираємо два насоса 11Т з діаметром втулок 110мм при частоті обертання валу 500 об/хв. Два останні кубічні метри протискувальної рідини будемо закачувати на з подачею 2 л/с при частоті обертання 200 об/хв.

Таблиця . – Характеристика цементувальних насосів, установлених на СПБУ Сиваш

Частота | Насос 11Т | Насос 4Р-700

обертання | Число | 110мм | 125мм | Число | 100мм | 120мм

валу | подвійних | Q, | P, | Q, | P, | подвійних | Q, | P, | Q, | P,

електро- | ходів | л/c | МПа | л/c | МПа | ходів | л/c | МПа | л/c | МПа

двигуна, | поршнів | поршнів

об/хв | в 1хв | в 1хв

100 | 11,2 | 1,7 | 40 | 2,3 | 30 | 16,5 | 1,2 | 70 | 1,7 | 70

200 | 22,4 | 3,4 | 40 | 4,5 | 30 | 33,1 | 2,3 | 70 | 3,4 | 70

300 | 33,6 | 5,1 | 40 | 6,8 | 30 | 49,7 | 3,5 | 70 | 5,1 | 70

400 | 44,8 | 6,8 | 40 | 9,0 | 30 | 66,2 | 4,7 | 70 | 6,8 | 69

500 | 56,0 | 8,5 | 35 | 11,3 | 26 | 82,7 | 5,8 | 70 | 8,5 | 55

600 | 67,2 | 10,2 | 29 | 13,5 | 22 | 99,3 | 7,0 | 67 | 10,2 | 46

700 | 78,4 | 11,9 | 25 | 15,8 | 19 | 115,8 | 8,2 | 57 | 11,9 | 39

800 | 89,6 | 13,6 | 22 | 18,1 | 16 | 132,4 | 9,3 | 50 | 13,6 | 35

900 | 100,8 | 15,3 | 19 | 20,3 | 14 | 149,0 | 10,5 | 45 | 15,3 | 31

1000 | 112,0 | 17,0 |