Практическое задание №4 - Томский политехнический

Министерство образования и науки российской федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра бурения скважин
Практическая работа №4
Установка цементных мостов и ремонтно - изоляционные работы
Методические указания к выполнению практических расчетов по курсу «Реконструкция
и восстановление скважин»
для бакалавров техники и технологии по специальности 21.03.01
«Бурение нефтяных и газовых скважин»
Объем 2 часа
Томск 2015
Введение
В настоящее время большое количество нефтяных и газовых скважин находятся в
ожидании ремонта из-за проблемы заколонного перетока или негерметичности
эксплуатационной колонны. Для решения озвученной проблемы достаточно часто
применяют установку цементных мостов в необходимом интервале или цементаж под
давлением. Использование данной широко применяемой технологии позволяет частично
или полностью решить следующие проблемы:

Негерметичность эксплуатационной колонны;

Заколонный переток;

Изоляция ненужного горизонта;

Отсекание ненужного и переход на другой горизонт и т.д;
Цель работы:
Рассчитать установку цементного моста определенной прочности на расчетной
глубине скважины
Исходные данные.
Глубина скважины – 2550м,
интервал установки цементного моста
давлении Р м3 в сутки
диаметр эксплуатационной колонны- 146мм,
2450-2480м, Q- приемистость скважины при
Технология выполнения работ - Цементная заливка под давлением
(последовательность действий).
1.
Спустить технологические трубы, оборудованные внизу опрессовочным седлом и
скошенным концом (пером) до кровли предполагаемого цементного моста. Приближение
пера к нарушению колонны позволит эффективно контролировать заполнение объекта
изоляции последними порциями тампонажного раствора, которые, задавлены при высоких
давлениях, и обеспечивают успех операции.
2.
Определить суточную приемистость жидкости солевого раствора.
( значения выбираются из таблицы с исходными данными)
3. Произвести расчет коэффициента удельной приемистости для определения необходимого
количества жидкого цементного раствора в м3 для проведения качественной цементной
заливки определенного интервала скважины по формуле 1:
q= Q / P м3/час*МПа;
(1)
где q – коэффициент удельной приемистости;
Q – расход жидкости при определении приемистости, м3 за 24 часа;
P – давление при определении приемистости, МПа.
Определение коэффициента удельной приемистости за 1 час (q) определяемпо формуле 2:
q = Q / P / 24 м3/час*МПа
(2)
где 24 – количество часов в сутках.
При q = 0,6 – минимальная;
q = 1 – нормальная;
q = 2 – катастрофическая.
При q < 1,6
необходимо 2 м3 цементного раствора;
q = 1,6 – 2,5 необходимо 3-4 м3 цементного раствора;
q > 2,5
необходимо 4-6м3 цементного раствора после снижения приемистости .
ПРИМЕР:
Q – 480 м3 за сутки; P – 190 атм = 19,0Мпа
q= Q / P / 24 = 480/19/24 = 1,05 м3/час*МПа.
Коэффициент удельной приемистости за 1 час q = 1,05 < 1,6.
Вывод: для установки цементного моста необходимо 2м3 цементного раствора.
4.
Опрессовать технологические трубы на давление не выше давления опрессовки
эксплуатационной колонны (прокачка шарика до опрессовочного седла в технологических
трубах, опрессовка в течение 10 минут). Обратной промывкой удалить опрессовочный
шарик из технологических труб. Непрерывная промывка скважины с целью охлаждения
интервала установки цементного моста и полного выравнивания параметров раствора в
трубном и затрубном пространстве (23 часа). Промывка считается законченной, если
после отсоединения ведущей трубы перелива не наблюдается.
5.
Потребность количества сухого цемента, потребного для приготовления 1м3
тампонирующей смесидляем по формуле 3:
g= Yм * (Yт-Yж)/(Yм-Y);
(3)
где: g–количество цемента;
Yм – плотность сухого цемента.
Yт– плотность тампонирующей смеси.
Yж – плотность жидкости затворения.
6. Потребность количества сухого цемента, потребного для приготовления заданного
объема тампонирующей смеси.
G= Кц * g* Vс
(4)
где: G – общее количество цемента;
Кц – 1.03-1.05 коэффициент потери сухого цемента.
V – заданный объем тампонирующей смеси.
Заданный объем тампонируемой смеси выбираем из полученных значений
приемистости q.
7.Потребность жидкости затворения для приготовления тампонирующей смеси.
Vж = Кж * G* m/Yж
(5)
где: Vж – объем жидкости затворения м3;
Кж – 1.08-1.1 коэффициент, учитывающий потери жидкости.
m – водоцементное отношение.
8. Приготовление цементного раствора (время начала схватывания цементного раствора
должно быть на 25 % больше, чем весь рабочий процесс до начала срезки после подъема
технологических труб из зоны цемента).
9. Закачка цементного раствора в заливочные трубы согласно плана работ при открытом
затрубном пространстве.
10. Продавка цементного раствора производится согласно произведенного расчета. В
начале продавки, цементный раствор продавливается при открытых затрубных задвижках
до пера, после этого затрубные задвижки закрываются и продавка раствора продолжается
при увеличении давления. Задавливание цементного раствора производят при
минимальном расходе продавочной жидкости с периодическими выдержками, которые
способствуют кондиционированию цементного раствора и способствует равномерному
распределению суспензии в кольцевом пространстве. Смесь закачивают до полного
насыщения цементным раствором изолированного интервала при заданном давление (не
выше давления опрессовки эксплуатационной колонны). Если достигнутое давление
неустойчивое, то переодической подкачкой добиваются его стабилизации. Рост давления
нагнетания способствует уплотнению фильтрационной корки. В некоторый момент
фильтрационная корка перекрывает каналы утечки, о чем свидетельствует резкое
повышение давления нагнетания. Высокие давления планируют, как правило, при низкой
приемистости скважины или при ее отсутствии. Жидкость из колонны в этих случаях
уходит по микроканалам, в которые твердая фаза не может проникнуть даже при высоких
давлениях. Частичное заполнение канала утечки обеспечивает высокая водоотдача
цементного раствора, резко снижая этим его подвижность.
В результате твердая фаза, кальматируясь, закупоривает зону ввода. В этих случаях
целесообразно использовать активированные полимерцементы, составы на основе
фенолформальдегидных смол, вязкоупругие составы, а также цементные растворы с
пониженной водоотдачей. При гидроактивации полимерцемента степень дисперсности
раствора повышается, т. е. частицы твердой фазы измельчаются, а водоотдача смеси
снижается. Все это наряду с пластифицирующими свойствами полимерных добавок
способствует
повышению проникающей способности томпонажного состава.
Вязкоупругие составы характеризуются высокой проникающей способностью.
Образующая после конденсации масса в микроканалах практически несдвигаемая.
После того как произведен рачет необходимого количества тампонажного
материала, необходимо рассчитать объем продавочной жидкости м3 по формуле 6:
Vпр= 0,785*D2вн*Hнкт
Где: Vпр- необходимый объем продавочной жидкости м3.
Dвн.- внутренний диаметр НКТ (в метрах).
Hнкт- длина спущенных НКТ(в метрах)
(6)
Пример: Vпр= 0,785*D2вн*Hнкт= 0,7858*0,0622*1000= 3,01м3
11.Вымыв избыточного цементного раствора обратной промывкой (срезка) из расчета
двух объемов продавки рассчитывается по формуле 7.
Vпр= (0,785*D2вн*Hнкт)*2
(7)
12. Производится подъем технологических труб 10шт.
13. Производится герметизация устья скважины и создание давления в скважине равного
40% от давления опрессовки эксплуатационной колонны.
14. Ожидание затвердевания цемента (ОЗЦ). Продолжительность ОЗЦ должно составлять
3 суток, так как к этому времени прочность цементного камня будет вполне
удовлетворительной. После 24ч. ОЗЦ в скважине можно проводить необходимые работы:
промывку от гелеобразной массы цемента, определения кровли моста методом разгрузки
технологических труб на 6 тонн, опрессовка моста и эксплуатационной колонны. Однако
от разбуривания цементного моста в непосредственной близости к интервалу нарушения
колонны (10-15м.) следует воздержаться до истечения запланированного срока, чтобы
избежать растрескивания цементного кольца от ударов долота и труб о колону. При
опрессовке не следует сразу поднимать давление до требуемого значения. Подавать
жидкость при минимальном расходе с периодическими остановками, способствующие
равномерному распределению на цементный экран. Отремонтированную колонну
считают герметичной, если в течении 30 минут давление опрессовки снижается не более
5атм.
16. Если высокой точности расположения моста не требуется, подъем заливочных труб на
50 м выше расчетного уровня (кровли) цементного моста.
17. Вымыв избыточного цементного раствора обратной промывкой (срезка).
18. Расчет необходимого времени загустевания цементного раствора расчет по формуле
(8).
Тзаг.> Т1+Т2+Т3+1,5(Т4+Т5+Т6 )+1,2 х Т7;
где затраты времени:
Т1- на приготовление цементного раствора 20 минут.
Т2- закачивание раствора 20 минут.
Т3- продавливание раствора 20 минут.
Т4- на подъем колонны НКТ до места срезки 20 минут.
Т5- герметизация устья 20 минут.
Т6- ПР по срезки моста 15 минут.
Т7- затраты времени на срезку моста 20 минут.
Расчет объема 1 м.п. труб, л
D в дюйм.
Dн в мм. Толщ. ст. Dвн в мм. Sвн сеч.
2"
60
5,5
49
1,88
2.5"
73
5,5
62
3,02
3"
89
6,5
76
4,53
4"
114
7
100
7,85
139,7
9,17
121,36
11,56
5"
146
8
130
13,27
6"
168
9
150
17,66
Объем кольцевого пространства 1п.м. труб, л
D в дюйм.
Dн в мм. Толщ. ст. Dвн в мм. Sвн сеч.
Dн1 в мм. Sн сеч.
Vк
3"
89
6,5
76
4,53
60
2,83
1,71
4"
114
7
100
7,85
89
6,22
1,63
139,7
9,17
121,36
11,56
114
10,20
1,36
5"
146
8
130
13,27
114
10,20
3,06
6"
168
9
150
17,66
146
16,73
0,93
Объем кольцевого пространства 1 п.м. труб при Dнкт=2", л
D в дюйм.
Dн в мм. Толщ. ст. Dвн в мм. Sвн сеч.
Dн1 в мм. Sн сеч.
Vк
3"
89
6,5
76
4,53
60
2,83
1,71
4"
114
7
100
7,85
60
2,83
5,02
139,7
9,17
121,36
11,56
60
2,83
8,74
5"
146
8
130
13,27
60
2,83
10,44
6"
168
9
150
17,66
60
2,83
14,84
Объем кольцевого пространства 1 п.м. труб при Dнкт=2.5", л
D в дюйм.
Dн в мм. Толщ. ст. Dвн в мм. Sвн сеч.
Dн1 в мм. Sн сеч.
Vк
4"
114
7
100
7,85
73
4,18
3,67
139,7
9,17
121,36
11,56
73
4,18
7,38
5"
146
8
130
13,27
73
4,18
9,08
6"
168
9
150
17,66
73
4,18
13,48
Исходные данные для расчета:
№
Интервал
Приемистость
варианта установки
скважины,
отсекающего м3/сут
моста
1
2340-2345
259
2
2459-2467
324
3
2567-2579
456
4
2323-2338
579
5
1468-1475
298
6
1689-1701
546
7
2423-2438
345
8
1568-1575
289
9
1789-17801
278
10
1891-1908
198
Давление
приемистост
и, атм
Диаметр
скважины,
мм
Диаметр
Кж
заливочных
труб, мм
120
125
130
135
140
145
130
120
126
100
146
146
146
146
168
168
168
168
168
168
73
73
73
73
73
73
73
89
89
89
1.08
1.08
1.10
1.09
1.09
1.10
1.08
1.10
1.09
1.09
В результате расчетов должны быть получены расчетные данные, и рекомендации
по рабочему давлению закачки, так же необходимо рассчитать давление поглощения , при
котором будет осуществляться закачка в отсекаемый горизонт. Тто давление , которое
необходимо держать при закачке цементного раствора в отсевающийся горизонт
Давление поглощения Рпогл - давление в скважине, при котором начинается утечка
бурового раствора по искусственным трещинам, образующимся в результате
гидроразрыва связной породы, либо по естественным каналам в трещиноватых и
закарстованных породах. Принимается по фактическим данным или по опытным
нагнетаниям (подача 1-2 л/с). При отсутствии данных рассчитывается по формуле (8)
Рпогл = (0.75÷0,95)Ргр
где Ргр - давление гидроразрыва горной породы.
Давление гидроразрыва горной породы в свою очередь рассчитывается по формуле (9).
ргр=0,83Н + 6,6рпл
где: Рпл - пластовое давление, мПа ;
Н-глубина залегания горизонта, м;
(9)