Курсовая работа: Технология заканчивания скважины глубиной 2650 м на Петелинском месторождении

Для интервала от 0 до 500 была выбрана обсадная колонна диаметром 140 мм с толщиной стенок 7 мм, группа прочности которой Л с погонным весом 0,229 кН. Тип соединения ОТТМ. Допустимая растягивающая нагрузка 1059 кН.

Для интервала от 500 до 2650 была выбрана обсадная колонна диаметром 140 мм с толщиной стенок 7,7 мм, группа прочности которой E с погонным весом 0,251 кН. Тип соединения ОТТМ. Допустимая растягивающая нагрузка 1069 кН.

Таблица 6.3 - Характеристика эксплуатационной колонны

Рисунок 6.3 - Эпюра растягивающей нагрузки

7. Выбор состава технологической оснастки ОК. Расчёт необходимого количества центраторов

Под понятием "технологическая оснастка обсадной колонны" подразумевается определенный набор устройств, которыми оснащают обсадную колонну, чтобы создать необходимые условия для ее спуска, качественного цементирования и последующей нормальной эксплуатации скважины в соответствии с принятыми способами крепления скважин. Поэтому применение технологической оснастки при креплении скважин обязательно. [10]

7.1 Элементы технологической оснастки

1. Башмак - это толстостенное кольцо, которое накручивается на нижний конец обсадной колонны. Служит для предохранения низа ОК от смятия, для направления ее по стволу скважины в процессе спуска. Башмак придаёт жесткость нижнему концу обсадных колонн. Для ОК диаметром 140 мм выбираем бамшак БМ-140.

2. Обратный клапан - устройство, которое устанавливается в нижней части обсадной колонны на одну или две трубы выше башмака. Он предотвращает переток цементного раствора из заколонного пространства в ОК, а также позволяет облегчить вес бурильной трубы в момент ее погружения в раствор. Выбираем ЦКОД-1 с треугольной резьбой.

3. Пружинные центраторы - центрирует ОК в стволе скважины с целью равномерного заполнения КП цементным раствором и качественного разобщения пластов. Также центраторы закручивают восходящий поток жидкости своими наклонными ребрами, чем улучшают вытеснение бурового раствора. Выбираем ПЦ-1 140/216.

4. Турбулизаторы - состоит из цилиндрического корпуса, упругих лопастей, армированных двумя слоями ткани. Предназначены также как и центраторы для центрирования колонны и улучшения турбулизации бурового раствора в кольцовом пространстве. Устанавливаются по 1 шт. сверху и снизу каждого центратора.

Элементы технологической оснастки эксплуатационной ОК представлены в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Технологическая оснастка эксплуатационной колонны

7.2 Расчёт необходимого количества центраторов

Исходные данные: глубина спуска ОК L = 2650 м; диаметр ствола скважины D = 0,1651 м; высота подъема цемента h_Ц = 2650 м, наружный диаметр ОК d_Н = 0,140 м; внутренний диаметр ОК d_В = 0,1243 м; зенитный угол наклона скважины б₁ = 0; плотность тампонажного раствора; с_Т = 1550 кг/м³; плотность бурового раствора с_Б = 1350 кг/м³; плотность продавочной жидкости с_П = 1350 кг/м³; вес 1 м ОК в воздухе q = 25,1 кг; интервал центрирования колонны (верх-низ) h_В - h_Н = 2650 м; допустимая нагрузка на центратор [Q] = 2650 Н.

Методика определения необходимого количества центраторов произведена с учётом требований [3].

Эксцентриситет центрируемой обсадной колонны в любой точке определим по формуле

(7.2.1)

Жесткость труб обсадной колонны, Н·м²

(7.2.2)

Объем вытесненного тампонажного раствора на 1 метре, м³

(7.2.3)

Вес вытесненного тампонажного раствора на 1 метре, Н/м

(7.2.4)

Внутренний объем 1 метра обсадной колонны, м³

(7.2.5)

Вес продавочной жидкости на 1 метре, Н/м

(7.2.6)

Вес 1 метра обсадной колонны с продавочной жидкостью, Н/м

(7.2.7)

Вес 1 метра обсадной колонны с продавочной жидкостью в цементном растворе, Н/м

(7.2.8)

Прижимающее усилие, действующее на центратор при расстоянии между центраторами 10 метров, Н

(7.2.9)

Расстояние между центраторами по допустимой нагрузке на один центратор, м

(7.2.10)

Сопоставим значения l₁ и h_Ц = h_Н - h_В

Стрела прогиба части обсадной колонны длиной l₁ от собственного веса, мм

(7.2.11)

Растягивающее усилие от нижележащего участка обсадной колонны, Н

(7.2.12)

Критическая сила (по Эйлеру), Н

где м = 1(7.2.13)

Стрела прогиба труб между центраторами с учетом растягивающего усилия, мм

(7.2.14)

Сопоставим значений f и [f]:

, следовательно, принимаем l = l_1.

Необходимое количество центраторов в рассматриваемом интервале, шт

(7.2.15)

Необходимое количество турбулизаторов в рассматриваемом интервале, шт

(7.2.16)

8. Расчёт проходимости обсадной колонны по стволу скважины

При расчёте на проходимость рассчитаем колонну на напряжения, вызванные:

1) Весом колонны, В;

2) Критической сжимающей нагрузкой, G_кр;

3) Силой сопротивления, вызванной трением колонны по стенке скважины, Т_н;

4) Силой сопротивления, вызванной контактным давлением под действием упругости колонны при прохождении искривленного участка Т_у;

5) Силой сопротивлению движению башмака колонны в искривленном участке ствола, Т_к. [9]

Условие проходимости:

(8.1)

1 участок (500-2650 м):

Исходные данные для 1ого участка

Длина участка L_y = 2150 м;

Погонный вес колонны q = 0,251 кН/м;

Коэффициент трения м = 0,2;

Диаметр скважин D_с = 16,51 см;

Диаметр колонны D_к = 14,0 см;

Диаметр муфты D_м = 15,37 см;

Диаметр проходного отверстия d = 12,46 см;

E = 2.1 10⁵.

Определим вес колонны по формуле 8.1.

(8.2)

Определим критическую сжимающую нагрузку на колонну по формуле 8.2.

(8.3)

где значение I вычисляется по формуле 8.3.

(8.4)

Так как участок вертикальный, то значения сил T_н, T_у, T_к, будут равны 0.

Условие 8.1 выполняется, следовательно, на данном интервале колонна проходит и результирующая сила равна:

2 участок (0-500 м):

Исходные данные для 2ого участка

Длина участка L_y = 500 м;

Погонный вес колонны q = 0,229 кН/м;

Коэффициент трения м = 0,2;

Диаметр скважин D_с = 16,51 см;

Диаметр колонны D_к = 14,0 см;

Диаметр муфты D_м = 15,37 см;

Диаметр проходного отверстия d = 12,6 см;

E = 2.1 10⁵.

Определим вес колонны по формуле 8.1.

Определим критическую сжимающую нагрузку на колонну по формуле 8.2.

где значение

Так как участок вертикальный, то значения сил T_н, T_у, T_к, будут равны 0.

Условие 8.1 выполняется, следовательно, на данном интервале колонна проходит и результирующая сила равна:

Полученные результаты занесём в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 - Проходимость колонны

9. Одноступенчатое цементирование эксплуатационной колонны

Тампонажные материалы и растворы на их основе должны соответствовать диапазону статических температур в скважине по всему интервалу цементирования.

Применение цемента без проведения лабораторного анализа для условий предстоящего цементирования этой колонны запрещается.

С целью надежного разобщения продуктивных пластов эксплуатационную колонну необходимо цементировать высококачественным тампонажным цементом класса ПЦТ-I-G-100 ГОСТ 1581-96. [12]

Буферная жидкость предназначена для разделения тампонажного и промывочного растворов, а также для смывания глинистой корки со стенок скважины.

В качестве буферной жидкости используем техническую воду.

Минимальная плотность тампонажного раствора должна превышать плотность промывочной жидкости на 200-300 кг/м³.

p_ц.min = 1350 + 200-300 = 1550-1650 кг/м³.

Принимаем плотность тампонажного раствора p_тр = 1550 кг/м³ с водоцементным отношением m = 0,7.

Рассчитаем необходимую плотность тампонажной смеси:

где p_тр - плотность тампонажного раствора, m - водоцементное отношение; p_в - плотность жидкости затворения.

Количество тампонажного материала потребного для приготовления 1 м³ раствора:

Общее количество сухого тампонажного материала, необходимого для приготовления всего заданного объёма раствора, определяют по формуле:

где K_ц = 1,03-1,05 - коэффициент, учитывающий потери цемента при погрузочно-разгрузочных работах; V_цр - необходимый объём цементного раствора, определяемый по формуле:

где d_н d_вн- наружный и внутренний диаметры ОК, h - высота башмака (h = 20 м).

Тогда:

G₀ = 1.05x911,7x39,3 = 39628 кг

Объём воды, необходимый для приготовления 1 м³ цементного раствора, определяют по формуле:

V_в = mЧG = 0,7х911,77 = 638,24 л

Расход сухого цемента на 1 м³ воды затворения определяют по формуле:

G₁ = p_в / m = 1000 / 0,7 = 1427,6 кг

Общий объём воды, необходимый для затворения всего тампонажного материала, определяем по формуле:

V₀ = К_в х G₀ х m = 1,1х39628х0,7=28,97 м³

где K_в = 1,08-1,1 - коэффициент, учитывающий потери воды при выполнении операции цементирования.

Потребный объем бурового раствора, используемого в качестве продавочной жидкости:

V_пр = Д*р*d_вн²*(H - h)/4 = 1,04х3,14х0,1246²х(2650-20)/4 = 33,33 м³.

где Д - коэффициент, учитывающий сжатие бурового раствора (Д = 1,04), d_вн - внутренний диаметр ОК, H - высота тампонажного раствора, h - высота стакана.

Количество цементировочных агрегатов положено определять для получения скорости подъема потока тампонажного раствора в кольцевом пространстве у башмака обсадной колонны в момент начала продавки -не менее 1,8 м/с для эксплуатационной колонны. При этом предполагается, что увеличение скорости потока тампонажного раствора в затрубном пространстве лучше с точки зрения более полного вытеснения бурового раствора и замещения его цементным.

Так как продавку, как правило, начинают на высшей IV скорости, то количество цементировочных агрегатов для обеспечения необходимой скорости подъема тампонажного раствора (1,8-2,0 м/с, [13]) в затрубном пространстве будет:

N_ц.а = [0,785*К₁*(D² - d_н²)*щ/Q^IV] + 1

где Q^IV - производительность цементировочного агрегата на IV скорости, м³/с, K₁ - коэффициент, учитывающий увеличение объема цементного раствора, за счет кавернозности ствола скважины (K₁ = 1,15), D - диаметр долота, d_н -наружный диаметр ОК, щ - скорости подъема цементного раствора в кольцевом пространстве у башмака колонны в момент начала продавки (не менее 1,8-2,0 м/с)

Выбираем цементировочный агрегат типа ЦА-320М с насосом 9Т и цилиндровыми втулками 127 мм. Максимальная производительность равна 0,0152 м³/мин при давлении 6,15 МПа.

n_ц.а = [0,785*1,15*(0,1651² - 0,140²)*1,8/0,0152] + 1 = 4 агрегатов.

Продолжительность процесса цементирования определим по формуле:

t_ц = [(V¹/Q_ца) + ((V_ц + V_пр - V¹)/Q_м)] + t_всп.

где V¹ = V_пр - ДV, ДV принимаем равным 1,5 м³, Q_ца - суммарная производительность цементировочных агрегатов, м³/мин, Q_м - производительность цементировочных агрегатов, при которой достигается наиболее полное вытеснение бурового раствора цементным, м³/мин.