Проект строительства горизонтальной добывающей нефтяной скважины глубиной 2910 м на Вынгапуровском месторождении

Элементы оснастки обсадных колонн представляют комплекс устройств, применяемых для успешного спуска обсадных колонн и качественного цементирования скважин, надежного разобщения пластов и нормальной последующей эксплуатации скважин.

Каждая из спускаемых колонн оснащается разбуриваемым башмаком с целью повышения проходимости по стволу скважины и предупреждения повреждения нижней трубы при посадках. Кондуктор и эксплуатационную колонну снабжают обратным клапаном и центраторами. Для данной скважины применяем клапан типа ЦОКДМ так как в скважине возможны осложнения связанные с поглощением бурового раствора. Состав элементов технологической оснастки обсадной колонны и их техническая характеристика приведены в таблице 44.

2.22 Спуск обсадных колонн

2.22.1 Выбор способа спуска

Целью расчета процесса цементирования является определение необходимого количества тампонажных материалов, жидкости затворения, продавочной и буферной жидкости, числа цементировочных агрегатов и цементосмесительных машин, технологических параметров процесса цементирования (объем и производительность цементировочных агрегатов при продавке). Зная эти данные, определяется планируемое время цементирования обсадной колонны.

Расчет объема «бездобавочного» тампонажного раствора (V_б) производится по формуле

. (119)

где k - коэффициент кавернозности (k = 1,25-1,5);

D_д - диаметр долота, м;

d_н - наружный диаметр колонны, м;

d_в - внутренний диаметр обсадной колонны вблизи башмака, м;

L_б - высота подъема «бездобавочного» тампонажного раствора в заколонном пространстве, м;

l_с - расстояние от башмака обсадной колонны до кольца «стоп», м;

h - уровень подъема цементного раствора от устья, м.

Рассчитаем объем тампонажного раствора, необходимого для цементирования кондуктора:

Бездобавочного ПЦТ-II-50 (0-759 м)

м³

Рассчитаем объем тампонажного раствора, необходимого для цементирования эксплуатационной колонны 168 мм:

Бездобавочного ПЦТ-I-G-100 (609-2929)

м³

Количество тамонажного материала (портландцемента) g_б (т) для приготовления 1 м³ «бездобавочного» тампонажного раствора определяется по формуле:

g_б = ?_б (1+В/Т). (120)

Необходимое количество материалов (g_о) для приготовления 1 м³ единицы объема тампонажного раствора необходимой плотности (?₀) определяется

g₀ = . (121)

где В/Т - водоцементное отношение, определяется по результатам лабораторных исследований из условия обеспечения растекаемости тампонажного раствора по конусу АзНИИ равным 0,18?0,20м;

p_б, р_ж - плотность, соответственно, бездобавочного тампонажного раствора и жидкости затворения, кг/м³ ;

а_i - массовая доля i-го компонента твердого вещества;

?_i - плотность i-го компонента твердого вещества, кг/м³.

Общая масса тампонажного материала для приготовления тампонажных растворов (Мi_тр)

(Мi_тр) = k_тg_iVi_т.р.. (122)

где g_i - количество i-го материала для приготовления 1 м³ тампонажного раствора;

k_т = 1,03-1,06 - коэффициент, учитывающий потери цемента при транспортировке и затворении;

Vi_тр = потребный объем i-го тампонажного раствора.

Масса компонентов тампонажной смеси (Ма_i)

Ма_i = а_i Mi_тм. (123)

Количество жидкости затворения для приготовления тампонажных растворов (Мж_i)

Мж_i = К_в·(В/Т) Мi_тм. (124)

где К_в = 1,08 - 1,10 - коэффициент, учитывающий потери воды при затворении.

Количество химических реагентов для регулирования свойств тампонажных растворов (тампонажного камня) определяется в зависимости от процентного содержания химреагента по отношению к массе сухого тампонажного материала.

Рассчитаем необходимое количество материалов для приготовления раствора для цементирования кондуктора 245 мм:

Бездобавочного:

g_б = ?_б (1+В/Т)=1800/(1+0,5)=1200 кг

(Мi_тр) = k_тg_iVi_т.р=1,03120029,6=36585,6 кг=36,6 т

Мж_i = К_в·(В/Т) Мi_тм=1,080,536585,6=19756,2 кг=19,76 т

М_cacl = а _cacl Mi_тм=0,0436585,6=1463,4 кг=1,46 т

Рассчитаем необходимое количество материалов для приготовления раствора для цементирования эксплуатационной колонны 168 мм:

Бездобавочного:

g_б = ?_б (1+В/Т)=1840/(1+0,5)=1227 кг

(Мi_тр) = k_тg_iVi_т.р=1,03122760,34=76258,3 кг=76,26 т

Мж_i = К_в·(В/Т) Мi_тм=1,080,576258,3=41179,5 кг=41,18 т

М_cacl = а _cacl Mi_тм=0,0476258,3=3050 кг=3,05 т

Необходимый объем продавочной жидкости рассчитывается:

. (125)

где k_сж - коэффициент сжимаемости промывочной жидкости, принимается равным k_сж = 1,02 - 1,05;

d_в - внутренний диаметр колонны, м;

L_с - длина скважины по ее оси, м;

V_м - объем трубопроводов, связывающих цементировочные агрегаты с цементировочной головкой, м³, принимается равным - 0,5 м³.

Рассчитаем необходимый объем продавочной жидкости для цементирования кондуктора:

м³

Рассчитаем необходимый объем продавочной жидкости для цементирования эксплуатационной колонны, учитывая прирост длинны скважины за счет искривления ствола:

м³

Рассчитывается необходимый объем буферной жидкости для предотвращения смешения промывочной жидкости и тампонажного раствора по формуле

М_Б.Ж = . (126)

М_Б.Ж = 0,785(1,25 0,2207²-0,178²) 100=2,5 м³

Данные о необходимом количестве материалов для цементирования приведены в таблице 46.

Таблица 46 - Необходимое количество материалов для цементирования обсадных колонн

Для приготовления тампонажного раствора выбирается тип и определяется число смесительных машин (n_см)

. (127)

где m - насыпная масса сухой тампонажной смеси, кг/м³;

V_бун - емкость бункера смесительной машины, м³.

Процесс закачивания тампонажного раствора должен осуществляться с максимальной производительностью. При этом производительность цементировочных агрегатов должна примерно соответствовать производительности смесительных машин. Число цементировочных агрегатов в этом случае определяем соотношением

. (128)

А их общая производительность

. (129)

где q_см - производительность одной смесительной машины, м³/с;

Q_ЦА - суммарная производительность цементировочных агрегатов, м³/с;

q_ЦА - максимальная производительность цементировочного агрегата, м³/с.

В соответствии с расчетными значениями ?Р_кп и Q_ЦА выбираем тип цементировочных агрегатов.

При закачивании продавочной жидкости число цементировочных агрегатов увеличиваем на один агрегат, что связано с необходимостью «стравливания» разделительной пробки.

Принимаем цементировочные агрегаты ЦА - 320М и смесительные машины УС6-30.

Рассчитаем количество необходимой техники для цементирования эксплуатационной колонны:

Бездобавочный ПЦТ I-G-100:

; - принимаем n_см = 3

м³/с

С тремя СМН-20 работает шесть агрегатов ЦА-320М с производительностью 10,7 л/с при диаметре втулок 115 мм.

В процессе закачивания тампонажного раствора возможны следующие осложнения:

- поглощение тампонажного раствора из-за превышения давления в заколонном пространстве над пластовым;

- разрыв сплошности потока жидкостей.

Для предупреждения этих осложнений, обоснования режима закачивания и продавливания тампонажного раствора строятся зависимости

Р_цг = f(Q_i · Vж_i); (130)

Р_кпз = f(Q_i · Uж_i). (131)

где Р_цг и Р_кпз - давление на цементировочной головке и в кольцевом пространстве в интервале продуктивного пласта (на забой скважины), МПа.

Q_i - производительность всех цементировочных агрегатов, участвующих в процессе цементирования м³/с;

Р_цг = Р_кпс - Р_т + ?Р_т + ?Р_кп + Р_у; (132)

Р_кпз = Р_кпс + ?Р_кп. (133)

где Р_кпс, Р_т, Р_уст - гидростатические давления составных столбов жидкостей в кольцевом пространстве, в трубах и на устье, соответственно, МПа;

V_Жi - объемы закачиваемых жидкостей, м³;

?Р_т, ?Р_кп -гидродинамические давления, обусловленные движением жидкостей в трубах в кольцевом пространстве, МПа.

Процесс закачивания жидкостей начинают с максимальной производительностью постепенно снижая ее до минимальной. Последние 1 - 1,5 м³ продавочной жидкости закачивают одним агрегатом на 1-ой скорости.

Построение зависимостей производится следующим образом:

- задаются значениями объема закачиваемых тампонажного раствора, буферной и продавочной жидкостей:

V₁ = 0;

V₂ = V_буф; (134)

V₃ = V_буф + V_о; (135)

V₄ = V_буф + V_о + V_б; (136)

V₅ = V_буф + V_о + V_б + 1/2V_пр.ж; (137)

V₆ = V_буф + V_о + V_б + 2/3V_пр.ж; (138)

V₇ = V_буф + V_о + V_б + (V_пр.ж - 1,5); (139)

V₈ = V_буф + V_о + V_б +V_пр.ж. (140)

Определяют высоту подъема на каждый момент распределения жидкостей в кольцевом пространстве и обсадной колонне.

h_т= 4 V / ( d_в²); (141)

h_кп= 4 V / ( k² D_д² - d_н²). (142)

Расчет проведем при цементировании нижней секции, так как основные сложности при цементировании возникнут именно в этом интервале.

Определим данные объемы, учитывая, что в момент стоп будет потрачено продавочной жидкость меньше на величину коэффициента запаса и объема жидкости в манифолде:

м³;

м³;

м³;

м³;

м³;

м³;

м³;

м³.

Определяем высоту подъема на каждый момент распределения жидкостей в кольцевом пространстве и обсадной колонне:

При закачивании в скважину объёма м³, по всему объёму скважины в кольцевом пространстве и в обсадной колонне находится буровой раствор.

При закачивании в скважину объёма м³, длина буферной жидкости по стволу скважины в обсадной колонне будет равна:

м;

Высота буферной жидкости по вертикали в обсадной колонне будет равна:

м;

Интервал, который заполнен буровым раствором в колонне, составляет по стволу скважины: м, а по вертикали м;

Расчёт уровней жидкостей для остальных объёмов, закачиваемых в скважину, проводится аналогично.

Рассчитаем давление на цементировочной головке и на забое в кольцевом пространстве при работе цементировочных агрегатов на 4 скорости:

При объеме м³ ( перед закачкой тампонажного раствора) скважина заполнена только промывочной жидкостью, гидродинамические составляющие давлений Р_цг и Р_кпз отсутствуют, в скважине действуют только гидростатические составляющие давлений.

МПа;

При объеме м³ для буферной жидкости:

;

МПа;

МПа;

МПа;

МПа.

Аналогично рассчитываются давления Р_цг и Р_кпз для последующих объемов. Расчет давлений на 1, 2 и 3 скоростях производится аналогично, результаты расчета приведены в таблице 47. По данным, полученным в результате расчета, построены графики зависимости объемов закачки от давления в кольцевом пространстве и на цементировочной головке (соответственно рисунки 10, 11).

Таблица 47 - Результаты расчета цементирования

Рисунок 11 - График зависимости объемов закачки от давления в кольцевом пространстве

Рисунок 12 - График зависимости объемов закачки от давления на цементировочной головке.

Из графиков определяем момент снижения давления на цементировочной головке и необходимую величину противодавления на устье. Режим продавливания определяется из условий:

< Р_ТР и Р_ЦГ < [Р_Н].

Продолжительность процесса цементирования t_ц складывается из времени необходимого для приготовления тампонажного раствора и заполнения ею осреднительной емкости, освобождения разделительной пробки, на закачивание тампонажного раствора и продавочной жидкости в обсадную колонну.

t=V_бж/Q_бж + V_тр/?q_ца + ?V_пр.i/Q_i + (600?800). (143)

Время цементирования будет равно:

Т_цем = 7,09/+34,14/+41,2/+18,74/+52,93/+71,76+21,7/+600=4028 с= 67,14 мин.

Время цементирования, как правило, не должно превышать 75% срока начала загустевания тампонажного раствора.

.

В нашем случае время загустевания не менее 100 минут поэтому условие выполняется т.к. 67,14075· 100мин=75 мин.

Для цементирования эксплуатационной колонны выбираем цементировочную головку типа ЦУГ 140-168· 400-1 (ТУ 39-01-269-76) с рабочим давлением 40 МПа. Принимаем цементировочные агрегаты ЦА-320М и смесительные машины 2СМИ-20. В связи с тем, что закачивается продавочная жидкость, число цементировочных агрегатов увеличиваем на один агрегат.

Для обвязки используем передвижной блок манифольда 1 БМ-700. Для контроля процесса цементирования используем передвижную станцию контроля качества СКЦ-2М.

Технику расставляем за два часа до окончания спуска колонны. Монтируем при закрытых кранах.

2.25 Обоснование способа вызова притока нефти и газа

По коду долота можно узнать все необходимые условия его применения, необходимо только знать и правильно читать данные коды.

295,3 FD 257 М - А27, где

295,3 - диаметр долота, мм

FD - Продуктовая линия

2 - размер зубка PDC

5 - количество лопастей

7 - количество промывочных отверстий

М - категория твёрдости пород

А - вариант исполнения корпуса

27 - номер конструкции.

Немаловажным критерием при сборке КНБК является максимально допустимый крутящий момент, затяжка соединения с недостаточным крутящим усилием чревато раскреплением данного соединения на забое и возникновением аварийной ситуации, а закрепление соединение с чрезвычайно большим крутящим моментом может привести к слому ниппеля долота. Поэтому очень важно при сборке КНБК соблюдать крутящие моменты, представленные в таблице 53.

Таблица 53 - Рекомендуемые крутящие моменты для свинчивания присоединительной резьбы

3.3 Анализ применения алмазных долот при бурении интервала под эксплуатационную колонну

В 2009 году на Вынгапуровском месторождении при бурении под эксплуатационную колонну начали использовать алмазные долота различных типов: FD 255 SM-A147, FD 266 SM-A153, FD 246 S-А284, FD 368 SM-А73, FD 368 SM-А56. На основании данных полученных данных проведем анализ эффективности использования данных типов долот при строительстве скважин.

Рассмотрим показания механических скоростей при бурении алмазным долотом FD 266 SM-A153 на данном месторождении. Данные по использованию алмазного долота на Вынгапуровском месторождении представлены в таблице 54.

Размещено на http://www.allbest.ru