Заканчивание скважин

 
 

Федеральное агентство по образованию РФ 

Ухтинский государственный технический университет 
 
 
 
 
 
 

Кафедра БС 

Расчётная работа по дисциплине

« Заканчивание скважин »

Вариант 10 
 
 

Выполнил:                                                                                                      

ст. гр. БС-2-06                                                                                               

Проверил:                                                                                                       
 
 
 
 
 
 

Ухта 2010                                                                                                                                 

РАСЧЁТ ОБСАДНЫХ КОЛОНН

                                                                       

Исходные данные:

Глубина скважины L=3000 м

Продуктивный  горизонт S₂=2800 – 3000 м

Пластовое давление в подошве 

Глубина до башмака предыдущей колонны L₀=2000 м

Глубина проницаемого пласта S₁=2500 м

Давление Р_S1=25 МПа

Уровень цемента  от устья h=600 м

Уровень жидкости при испытании Н_исп=600 м

Уровень жидкости при освоении Н_осв=1000 м

Уровень жидкости по окончании эксплуатации Н_ок=1000 м

Температурный градиент gradT=0,03

Плотность жидкости по окончании эксплуатации ρ_ж.о.э.= 950 кг/м³

Плотность цементного раствора (сравнить с Р_гр.п.) ρ_ц.р.=1750 кг/м³

Плотность нефти  ρ_н.=790 кг/м³ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Расчетная схема имеет следующий вид:

 

           

Плотность промывочной  жидкости для вскрытия пласта:

Давление в  кровле проявляющего пласта:

,

Следовательно,

.

Искомая плотность  промывочной жидкости:

При данной плотности  бурового раствора репрессия на пласт  составит:

,

что меньше допустимой репрессии для данного случая .  
 
 

Найдём давление на устье скважины в случае нефтепроявления :

а) с кровли пласта

б) с подошвы  пласта

Давление опрессовки

 
 

Найдём внутренние давления по расчётным сечениям при опрессовке

 

Расчёт наружных давлений по окончанию продавки цемента

 

 

Расчёт наружных давлений по окончанию затвердевания цемента ( ОЗЦ )                                                   

 

Найдём внутренние давления при испытании на герметичность снижением              уровня жидкости                                                                                                                           

 

Найдём внутренние давления при освоении и окончании эксплуатации .                                

 

                                                              Найдём избыточные внутренние и наружные давления.

Минимальные внутренние давления:

1 случай: Н_исп=600 м, ρ=1000 кг/м³

2 случай: Н_осв=1000 м, ρ=1000 кг/м³

                                                                        

3 случай: Н_оэ=2000 м, ρ=1000 кг/м³

Принимаем минимальные внутренние давления в 3-м случае.

Тогда наружные избыточные давления будут равны

В продуктивном пласте Р_ни больше на 15%, следовательно:

Внутренние избыточные давления соответственно

                                                                                                                                                                                                                    

                         

 

 

 

 

4. Расчёт колонны.

Расчет ведется  снизу вверх.

Для эксплуатационных труб принимаем диаметр ø = 168 мм² ;                        максимальное давление :

Исходя из максимального  давления по ГОСТ 632-80 выбираем трубы диаметром 168 мм² со следующими характеристиками (прил.2):

- группа прочности Е ;

- [Р_кр]=19,9 МПа;

- толщина стенки  ;

- вес одного  метра  (прил.12);

- страгивающая  нагрузка  (прил.3).

Внутреннее критическое  давление [Рвн._кр]=41,9 МПа; :

Вес труб                                                               - данные трубы подходят.

Длину 1-й секции принимаем.

l = Qт/n3/g=1284/1,3/0,294=3359 м.

Принимаем одну секцию.

n2_факт=41,9/15,125=2,77.

n2_факт>n2_теор=1,15  -  условие выполняется .

n3факт=Рстр./Q1=1284/882,5=1,45>[1,3].

Определяем расчетное  давление на уровне конца первой секции:

Р_ни=14,3; при - Р_кр1=19,9 МПа. 

Состав  колонны

 

                      Расчёт цементирования:

Исходные данные:

диаметр эксплуатационной колонны 168мм;

глубина скважины L=3000м;

внутренний диаметр секции 153,4 мм ;

диаметр долота - 215,9 мм ;

уровень цемента  600-3000 м ;

глубина башмака  промежуточной колонны L_пр.к.=2000 м ;

плотность промывочной  жидкости ρ_пр.ж.=1360 кг/м³ ;

пластическая  вязкость η=12мПа;

динамическое  напряжение сдвига τ₀=10Па;

температура на забое скважины Т_з=90⁰С=363К;

температурный градиент grad(t)=0,03. 

Коэффициент аномальности пластового давления .

Высота подъема  буферной жидкости:

Принимаем l_б=150м. 

Определим верхний  и нижний пределы цементирования:

Плотность цементного раствора должна находиться в пределах .

Так как забойная температура достигает Т_з=90⁰С, для цементирования можно использовать смесь портландцемента марки ПЦТ-ΙΙ-100 по ГОСТ1581-96 с 30% кварцевого песка. Плотность раствора в этой смеси при водосодержании m=0,5. Определим по формуле:

 

Определим реологические свойства цементного раствора .Находим примерные значения ДНС для т.р.

Найдем потребный  объем цементного раствора

Предыдущая ОК :  

Открытый ствол :                                                К_р≥1,0 – коэффициент резерва, Кр=1,06 .

Потребный объем продавочной жидкости

,

h₀=20 м - расстояние от башмака колонны до посадочного седла для нижней пробки;

К_с≥1,0 – коэффициент сжатия.

Потребный объем буферной жидкости

.

К_р≥1,0 – коэффициент, учитывающий потери в циркуляционной системе.

Максимальная  высота столба буферной жидкости в  кольцевом пространстве

Hб.ж. max =( 1360*9,81*3000 - 10⁶ * 37 *1,02 ) /9,81*(1360 - 1050)= 751,3 м. 

Определим расход материалов для приготовления цементного раствора:

необходимое количество твердой фазы на 1 м³ раствора

количество цементного порошка на 1 м³ раствора

Gт. = Кц.*q*Vц.=1,05*1200*49,35*10^-3= 62,18 м³

Объём воды для  затворения тампонажного материала

Vв. = Кб.*m*Gт. = 1,05*0,5*62,18=32,64 м³ ,

К_т.ц. – коэффициент, учитывающий потери цемента при затаривании смесительных машин и приготовлении раствора.

Гидравлический  расчёт цементирования ОК .

Р_в.=1360*9,81*(3000-20)+1800*9,81*20=40,11 МПа.

Р_к.п. =1360*9,81*600+1800*9,81*2250+1050*9,81*150=49,27 МПа.

Р_ст. =Р_к.п. - Р_тр. =49,27-40,11=9,16 МПа.

Р_дин. = Р_к.п. + Р_тр. +Р_об.

; 

Р_тр. =0,826*0,025*1360*3000*0,044²*10^-6  /0,1534⁵ =1,92 МПа.

Р_к.п.1=0,826*0,035*1800*1000*0,044²*10^-6  /(0,2359-0,168)³*(0,2359+0,168)² =2МПа

Р_к.п.2=0,826*0,025*1360*2000*0,044²*10^-6  /(0,253-0,168)³*(0,253+0,168)²   =2,75МПа

Р_дин. =1,92+2+2,75=6,67 МПа.

Р_мах. = Р_ст. + Р_дин.=15,83 МПа.

(Далее продолжаем  цементирование в одну ступень  ,при условии , что Р_уст.=Р_мах.) .

Определим необходимое  количество цементировочных агрегатов

Закачку и продавку производят 4 агрегата 3ЦА-400 на 4-й скорости , втулки их по 100 мм.  

Определим необходимое  количество смесительных машин. Наиболее современными являются машины ЗАС-30, которые  снабжены пневматической системой подачи цементного порошка и водоподающим насосом. Потребное число смесительных машин

n_см.=G_т./(m_н.*V_б.)=62,18/(1200*13)=3,986 ≈ 4 ,

V_б.=13 м³ объем бункера.

Принимаем 4 агрегата 3АС-30.

 (∑Q=4*14,2=56,8 л/с)

Р_тр. =0,826*0,025*1360*3000*0,0568²*10^-6  /0,1534⁵ =3,2 МПа.

Р_к.п.1=0,826*0,035*1800*1000*0,0568²*10^-6/(0,2359-,168)³*(0,2359+0,168)²=3,32МПа

Р_к.п.2=0,826*0,025*1360*2000*0,0568²*10^-6/(0,253-0,168)³*(0,253+0,168)²   =4,58МПа

Р_дин.(i+1) =3,2+3,32+4,58+1=12,1 МПа.

Последние 2м³ закачивают 4-мя агрегатами на 3-й скорости , затем на 2-й скорости. Время закачки t_з. = V_ц.р.*10^-3 / ( n_ц.а.’*q_ц.а.’*60)=49,35*10³/4*14,2*60=14,48 мин.

t_стоп. =V_стоп.*10³/q_ц.а.min*60=2*10³/6,5*60=5,12 мин.

t_пр. =56,15*10³/4*14,2*60=16,476 мин.

t_тно.=30 мин.

t_ц = 14,48+5,12+16,476+30≈66,1 мин. (t_ц<t_заг.).

Расчёт  натяжения обсадных колонн.

 Минимальное значение усилия натяжения определяют по наибольшему значению, вычисленному по формулам

Q_н.=Q ;

Q_н.=Q+α*E*F*∆t*10^-3+0,31*P*d²*10³+0,655*l*(D²*γ_р.+d²*γ_в.)*10^-3 ,

 где Р – это внутреннее устьевое давление в колонне при эксплуатации или при интенсификации , МПа ;

l – длина свободной части колонны , м ;

D, d – соответственно внутренний и наружный диаметры колонны , м.

d определяют по средней площади сечения колонны F :

F =   (F₁*l₁+F₂*l₂+…+F_n*l_n)/(l₁+l₂+…+l_n ) ;

где l1+l2+…+l_n – длины секций ОК, м;

F₁ , F₂ ,  F_n – соответствующие площади сечения труб в секциях , м² ;

γ_р , γ_в – удельные веса жидкости за колонной и внутри неё в процессе эксплуатации , Н/м³ ;

α – коэффициент линейного расширения, 1/⁰С;

E – модуль упругости материала трубы , Па;

∆t – средняя температура нагрева (охлаждения) колонны ,⁰С.

∆t=((t₃-t₁)+(t₄-t₂))/2 ,

где  t₁, t₂ – температура колонны до эксплуатации , ⁰С;

t₃, t₄ – температура жидкости за колонной в процессе эксплуатации, ⁰С;

Т_у.=(0,55-0,6)*Т_з.=90*0,55=49,5 ⁰С,

∆t=(58-49,5)/2=4,25 ⁰С .

Значение усилия натяжения Q_н. :

Q_н.≤[P] ,

где [P] – допустимая осевая нагрузка на трубы колонны, кН.

Q_н-Q₀-Р1+Р2-Р3≤[P] ;

где Q₀- вес колонны от устья до рассматриваемого сечения , кН ;

Р1 – осевое усилие , возникающее в колонне в результате температурных изменений , кН ;

Р2 – осевое растягивающее усилие , возникающее в результате действия внутреннего устьевого давления в процессе эксплуатации ,кН ;

Р3 – осевое усилие , возникающее в колонне в результате действия внешнего и внутреннего гидростатического давления ,кН .

Р1= α*E*F*∆t*10^-3  ;

∆t-при нагревании положительна , при охлаждении отрицательна ;

Р2=0,47*Р*d²*10³ =0,47*20*16,8²*10^-1=265,3 ;

F=0,785*(0,168²-0,1534²)=36,836 см² ;

d=(D²-4*F/3,14)^1/2=15,34 см ;

Q=29,4*600*10^-2=176,4 кН .

Q_н=176,4+12*10^-6*2*10¹¹*36,836*4,25*10^-7+0,31*20*15,34² *10^-1- 0,655 * 600 *  *(16,8²*1,4-15,34²*1)*10^-3=213,97+145,9-62,81=297,06 кН ;

 Проверка прочности колонны в процессе эксплуатации :

n=Pстр./ Qн.+Р2+Р3=1284/297,06+265,3=1284/562,36=2,28 .      

Прочность колонны  удовлетворяет условию эксплуатации. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Фомин А.С. Заканчивание скважин: Курс лекций. – Ухта: УГТУ, 2003.
2. Логачев Ю.А. Проектирование конструкции скважины: Курс лекций. – Ухта: УГТУ, 2003.
3. Соловьев Е.М. Заканчивание скважин. –М.: Недра, 1976.
4. Иогансен К.В. Спутник буровика. –М.: Недра 1981.
5. Булатов А.И., Измайлов Л.Б., Крылов В.И. Справочник по креплению нефтяных и газовых скважин. . –М.: Недра, 1977.