книги / Технология бурения наклонно направленных скважин с большим отклонением забоя от вертикали
..pdfперфораторов с большой пробивной способностью создают каналы, достигающие длины до 1,0—1,1 м.
Отсюда следует, что процесс цементирования при котором обе спечивается условие Лф < /перф. должен производиться при репрессии на пласт, не превышающей расчетной величины РЩ На основе изу чения отечественных и зарубежных исследований по данной пробле ме установлено, что /перф. = 1,0 м близко кореллируется с величиной /?Ф [51], при Ррспр. = 6,0...6,5 МПа. Наименьшее значение Ррепр. = 0 МПа. Эго случай вскрытия продуктивного пласта на равновесном давле нии, которое чаще всего производится при строительстве скважин на месторождениях, находящихся на поздней стадии разработки. В данной работе рассматривается процесс цементирования эксплуата ционной колонны в условиях нормального пластового давления. По этому расчетное давление репрессии на пласт принимается равной
= 6,0 МПа. Концепция гидравлической программы цементи
рования эксплуатационной колонны заключается в следующем. При цементировании колонны на всех этапах - промывка перед началом цементирования, закачка и продавка цементного раствора, репрессия на продуктивный горизонт Р** должна быть равной или меньше, чем
Р^р. в процессе вскрытия пласта. При этом необходимо обеспечить подъем тампонажного раствора за колонной на требуемую высоту
согласно конструкции скважины. Значение может быть достиг
нуто при условии подъема тампонажного раствора на минимально допустимую высоту А^р", определяемую по формуле:
(8.1)
где Апя. - толщина продуктивного пласта (ПП), м; /$“" - минималь ная высота подъема тампонажного раствора над кровлей ПП, м.
В [4] указано, что А„/к = 150 м для нефтяных скважин, и 500 м - для газовых скважин. Однако в большинстве случаев при h™ = 150 м не обеспечивается условие обязательного цементирования потайных колонн по всей длине. В этом случае возможно применение 2-сту пенчатого метода цементирования. Для удобств практического при менения результатов исследования, решение вопроса приводится на примере цементирования потайной колонны диаметром dm = 177,8 мм
191
в НСБО диаметром <7Д= 215,9 мм, сплошным методом при следую щих условиях:
Глубина скважины по вертикали Н = 2400 м; А = 6000 м; глубина кровли продуктивного пласта = 2325 м. Расчетная глубина сква жины по длине ствола L = 6884 м. Другие исходные данные следу ющие: тип проектного профиля НСБО - 3-интервальный; глубина точ ки зарезки h0 = 350 м; радиус искривления на интервале набора кри визны R = 573 м, длина интервала набора кривизны по вертикали h\ = = 553 м, по стволу U= 750 м. Максимальный зенитный угол 0^ = 75° на глубине 903 м по вертикали, по стволу - 1100 м. Длина потайной колонны /пк = 1449 м, интервал установки 5435...6884 м, потайная колонна входит внутрь 244,5-мм обсадной колонны, спущенной на глубине 5628 м на длину 193 м по стволу (50 м по вертикали). Длина бурильных труб 127 х 9,19 мм марки S-135 /б/т = 5435 м. Градиент пластового давления Гт_= 0,01083 МПа/м (пластовое давление Рт, = = 26,0 МПа). Давление гидроразрыва пласта Рг/разр. = 39,6 МПа. Рас четное давление гидроразрыва с учетом коэффициента безопасности пласта К6= 1,05 составляет Рг^ чр =37,71 МПа.
Плотность бурового раствора Рб/р при вскрытии продуктивного пласта, найденная в соответствии с требованиями [4] составляет ре/р = = 1180 кг/м3.
Плотность тампонажного раствора рф принята равной -1850 кг/м3. Предварительно выполненные расчеты показали, что если принять fC ; = 75 + 150 = 225 м, то расстояние от забоя скважины до глу
бины нахождения башмака 244,5-мм обсадной колонны составляет 870 м, нго меньше, чем принятая длина потайной колонны 1т = 1449 м. Учитывая требования [4] h^Kпринята равной 300 м и по формуле (8.1) расчетная высота подъема тампонажного раствора за колонной со
ставила Аф54 - 375 м. В этом случае длина столба 1$" тампонажного
раствора за колонной оказывается равной длине потайной колонны. Решение задачи цементирования «хвостовика» сводится к опре делению подачи 1<2ца одновременно работающих цементировочных агрегатов (ЦА) в процессе закачки и продавки (вытеснения тампо нажного раствора в кольцевое пространство скважины), при котором в течение всего процесса цементирования от его начала до момента воз никновения гидравлического «удара», величина репрессии на продук
тивный пласт не будет превышать расчетного значения /JJJjjJ =6,0 МПа.
1 9 2
8.1.Расчет параметров режима цементирования потайной колонны
Расчет параметров режима цементирования потайной колонны производится в следующей последовательности.
8.1.1. Определяется гидростатическое давление составного стол ба тампонажного и бурового растворов Р"™' на пласт в конце про цесса цементирования по формуле (8.2)
^ст ’ = 0,01(Рт/р^/р + Рб/р^р), |
(8.2) |
где Аб/р - высота столба бурового раствора, м; Аб/Р = Я - /ц, = 2400 - -3 7 5 = 2025 м;
=0,01 (1,85 • 375 + 1,18 • 2025) = 30,83 МПа.
8.1.2. Определяется суммарное - гидростатическое и гидродина мическое давление ЕРС^ ' в скважине к концу цементирования по тайной колонны
I / J Г + * £ £ + « ) (8.3)
^™ Р * (26,0 + 6,0) - 30,83 = 1,17 МПа,
где P£TpP' ~ гидравлическое сопротивление при движении жидкости в кольцевом пространстве скважины к моменту возникновения гид равлического «удара». - определяется по формуле [49]:
К " * ™ ) К + < )
+______ _______ |
(8.4) |
{ d Z ^ ) \ d Z +d j ( |
|
где К\ —коэффициент гидравлических сопротивлений, учитывающий режим течения и реологические свойства жидкости, К\ = 0,04 [49].
193
P IJSK - средняя плотность жидкости за колонной к моменту оконча
ния процесса цементирования, кг/м3
Р ^ |
= Р*р - У 1 Р ^ |
= 3083 = 1285 кг/мз |
КсрЛк |
Н |
2400 |
где dZVA- диаметр скважины, мм, принят равным диаметру долота
dcm = da = 215,9 мм на всей длине ствола скважины; Оца - |
подача |
|||
цементировочных агрегатов, м3/с. |
|
|
||
Решая (8.4) относительно <2ца имеем: |
|
|||
|
|
1,17 -106 |
|
|
|
|
|
1,449-103 |
|
0,04-1,285-103 |
(0,2159 - 0,1778)3(0,2159 + 0,1778)2 |
|
||
5,435-103 |
|
|||
|
|
|
||
|
|
(0,2159 -0,127)3(0,2159 + 0,127)2 |
|
|
I |
1 17 • 106 |
м3/с (9,84л/с). |
(8.5) |
|
= J - |
* |
.. =0,00984 |
||
V 1,207-Ю10 |
V |
V 7 |
||
Как известно, к концу процесса цементирования по мере запол нения кольцевого пространства тампонажным раствором величину QUA уменьшают и к моменту возникновения гидравлического «уда ра», как правило, работают один или два цементировочных агрега та. В данном расчете принята работа одного ЦА типа ЗЦА-400А при диаметре цилиндровых втулок - 110 мм, максимальное давление на ЦА равно 27 МПа.
При работе на П-й скорости ЦА составляет Оца = 0,0095 м3/с [34]. Гидравлические сопротивления в кольцевом пространстве сква жины перед возникновением гидравлического «удара» составят по
формуле (8.4):
Р ^ = °>°0952 • 1,207-Ю10 =1,089 МПа,
где Р™ = (30,83 + 1,089) - 26,0 = 5,92, что меньше, чем расчетное
значение репрессии на пласт, равное Р££ = 6,0 МПа.
194
8.1.3. Определяется суммарная подача одновременно работаю щих ЦА в процессе закачки тампонажного раствора в скважину.
Следует отметить, что на практике именно на этапе закачки до пускаются нарушения - создание значительных по величине репрес сий на пласт. Это объясняется тем, что при закачке тампонажного ра створа внутрь колонны давление на ЦА падает, что позволяет увели
чить количество закачиваемой жидкости . Однако при этом
происходит увеличение гидравлических сопротивлений в кольцевом пространстве скважины и давления на пласт. Таким образом, задача
сводится к определению величины , при которой на всем эта
пе закачки тампонажного раствора до момента выхода его из-под башмака потайной колонны в кольцевое пространство, репрессия на пласт не превышала допустимой величины 6 МПа.
Общее количество тампонажного и бурового растворов в объеме бурильная колонна - потайная колонна, подлежащее закачке в сква жину, составляет РГпр/ж = 79,44 м3.
Определяется 7 ^ ./^ . при закачке (гидродинамическая состав
ляющая репрессии) из условия:
|
С р < » . = ( « : + Л . ) - < С . |
(«•«) |
|
где |
~ гидростатическое давление столба бурового раствора в |
||
кольцевом пространстве скважины, МПа |
|
||
|
Р3* =0,01 - рар • Я = 0,01 • 1,18 • 2400 = 28,32 МПа. |
||
|
По формуле (8.6) имеем |
|
|
|
Г & л * . = (6,0 + 26,0)-28,32 = 3,68 МПа(3,68106Па). |
||
|
8.1.4. Определяется ££>ца по формуле (8.4). |
|
|
|
Формула (8.4) решается относительно QUA, заменив QUA на ££?ца > |
||
Р $* |
н а Рври 7>Я£ на |
= 3,68 МПа |
' |
|
|
IpKfo |
|
|
s a |
t - f e t ' |
® I) |
195
0,04-/пк |
Рб/р |
0,04-1,449-1,18-106 |
|
|
= 7980 10< |
0,04 - у |
Рб,р |
0,04 • 5,435 • 1,18-106 |
= 3106-106.
Подставляя в (8.7) найденные значения Р ^р ,зак , А\ и Л2, получим:
Таким образом в процессе закачки, когда цементный раствор на ходится внутри колонны, а буровой раствор в кольцевом простран
стве, |
должна быть равной 0,0182 м3/с, так как при этом соблю |
дается условие Ррепр. = 6,0 МПа.
8.2.Оценка влияния перепада давления
всистеме бурильная обсадная колонна - кольцевое пространство скважины на процесс цементирования потайной колонны
на этапе закачки тампонажного раствора
При закачке тампонажного раствора внутрь бурильной колонны за счет разности плотностей тампонажного и бурового растворов за колонной в системе колонна труб - кольцевое пространство скважи ны возникает перепад давления - Д/%, (условно названное эквивалент ным давлением Рэкя). Под действием АРдр происходит интенсивное вытеснение раствора в кольцевом пространстве скважины с некото рой подачей (условно названной эквивалентной подачей). Если ве
личина Qm окажется больше, чем £ 0 ца , то произойдет разрыв струи
потока жидкости внутри колонны труб, что приведет к возникнове нию вакуума, что в свою очередь приведет к появлению интервалов ствола в кольцевом пространстве, незаполненных тампонажным ра створом, и связанному с ним возникновению осложнений, в частно сти к заколонному проявлению пластов. Величина ДРДр зависит от
высоты столба тампонажного раствора внутри колонны - A jJ. При
цементировании потайной колонны по сравнению с цементировани-
196
ем сплошной обсадной колонны, из-за наличия бурильных труб, име ющих меньший внутренний диаметр при одном и том же объеме тампонажного раствора Жт/р, высота столба тампонажного раствора внутри колонны, как правило, оказывается больше, чем за колонной, а следовательно будут сравнительно большие значения АРДр и £?экв. Численные значения ЛРдр и 0 ЭКВ.определяются следующим образом.
8.2.1.Находится объем тампонажного раствора, подлежащий за
качке в скважину - |
по формуле |
|
|
||||
|
|
|
И # |
= 0 , 7 8 5 $ - « £ ) # , |
(8.8) |
|
|
где |
- длина столба тампонажного раствора за колонной, м. При |
|
|||||
заданной величина h**= 375 м, имеем |
|
|
|||||
|
|
|
< |
= 375 |
= 1449 м; # ;= /, |
|
|
|
|
|
|
0,2588 |
|
|
|
|
|
= 0,785(0,21592 - 0,17782) -1449 = 17,06 м3. |
|
|
|||
8.2.2. |
Находится длина столба тампонажного раствора |
вну |
|||||
три бурильных труб по формуле |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
(8.9) |
|
где |
- объем тампонажного раствора внутри бурильной колон |
|
|||||
ны, м3; W$* = |
|
=17,06 м3; |
-площадь внутреннего сечения |
|
|||
бурильной трубы, м2. |
|
|
|
|
|||
Рб/к |
= 0,785• <^в2н/б/к = 0,785-0,10862 = 0,009258м2 (dtliJ6/K- |
внут |
|
||||
ренний диаметр бурильной трубы, м); |
|
|
|||||
|
|
|
/В/к_ |
17,06 |
= 1843 м. |
|
|
|
|
|
т/р |
0,009258 |
|
|
|
197
8.2.3.Найденному значению Zjf соответствует высота столба
тампонажного раствора A jJ, величина которого определяется по про ектному профилю НСБО по формуле
( 8. 10)
где ho - длина вертикального участка; h\ - длина по вертикали уча стка набора кривизны; ti^ - высота столба тампонажного раствора внутри бурильных труб, находящегося на части интервала стабилиза ции кривизны, длиной 1*„ . Величина /„ определяется по формуле
4 = $ - W o A ) = 1843—750 —350 = 743 м.
Откуда /£. =/CT.cosamax =743 0,2588 = 192м.
По формуле (8.10) =350+553 + 192 = 1095 м.
8.2.4.Находится величина перепада давления АР&рпо формуле
Рж. = Л^др = о.01 (Рт/р - Рб/р) йт%к=0,01(1,85-1,18) 1095=7,33 МПа
8.2.5.Эквивалентная подача Q3KB_определяется из условия [44]:
+ Р £ . = (Р , + 7>2) + (7з + />4) , |
(8.11) |
где Pi, Р2 - гидравлические сопротивления при движении тампонаж ного и бурового растворов внутри бурильной и потайной колонн; Р3, Р4 - гидравлические сопротивления при движении бурового раство ра в кольцевом пространстве скважины в зоне потайной и бурильной колонн.
Формулы для определения давлений Рь Р2, Р3, Р4 включены в
(8.12)
Рб/рАш |
Рб/p^s/p |
(8. 12) |
|
[ К |
+ d j f (dA - ^ ) 3(d „ + < ) 2 |
||
|
198
где К2- коэффициент гидравлических сопротивлений при движении
жидкости, внутри колонны, Кг = 0,024 [49]; /$£ - длина столба буро
вого раствора внутри бурильной колонны |
|
|
||
|
|
5435 -1843 = 3592 м . |
|
|
Введем обозначения: |
|
|
|
|
„ |
0 .0 2 4 ( р Х + Р « Х ) . „ |
0,024р6р/пк |
» |
|
В\~ |
TS |
5 |
*«5 |
|
|
“ вн/бк |
|
“»н/бк |
|
^вн/бк = 0,1086 м - внутренний диаметр бурильной колонны; dBKlnK= = 0,1616 м - внутренний диаметр потайной колонны.
/пк = 1449 м. А\ = 0,7980 • Ю10; Аг = 0,3106 • Ю10; Ъх= |
1,216 • Ю10; |
В2 = 0,0372 • Ю10 [(Л, + Л2) + ф + В2)] = 23618 |
• Ю10. |
Подставляя известные значения величин, входящих в формулу (8.12) и решая ее относительно £?экв. имеем:
QJKB = = 0,0176 м3/с.
*V23618
В результате расчета |
оказалось меньше, чем 2£?ца >и это |
является условием, обеспечивающим нормальное проведение процес са цементирования скважины. Отсюда следует, что весь процесс за качки, до момента выхода тампонажного раствора в кольцевое прост ранство скважины будет производиться при £ £ ца = 0,0182 м3/с:
£ £ ца £ 0,0182 м3/с > Q3Ka. = 0,0176 м3/с.
Давление на ДА определяется по формуле:
/ V = CPi + Р 2) + (/,з + Л)±Л».(ДЛ/ст.), |
(8-13) |
где знак минус относится к Рзкя, которое действует до тех пор, пока
h™ превышает ; знак плюс относится к перепаду давления, опре
деляем по формуле:
199
ЛЛ-/СТ |
(^ц р Лцр j Pup. |
( 8 . 1 4 ) |
Перед началом закачки цементного раствора в скважину при |
||
Рзкв= 0; APf/cr = 0; 0 ц а = 0,0182 м3/с |
|
|
РцА = Й AК* + ^2> + + ^ |
= °’01822 t1’086 + 150571 • 1010 = |
|
=0,01822 • 2,1657 • Ю10 = 7,17 МПа.
Смомента начала закачки цементного раствора Р ца уменьшает ся до минимального значения
Р™ = 0,01822 • 2,3618 - Ю10 —7,33 = 0,5 МПа.
Когда цементный раствор внутри бурильной колонны при закач ке будет находиться на интервале стабилизации кривизны ствола сква
жины, то kj£ составит: = /“ cosa = 1843 • 0,2588 = АП м. Тогда Рзкв.
будет равно: Рэ„. = 0,01(1,85 - 1,18) • 477 = 3,20 МПа. Давление на
ЦА при |
Й а Г(^1 |
+ {В\ + В2)] = |
2,3618 • Ю10 составит: |
Р ца = |
0,01822 • 2,3618 • Ю10 - 3,20 |
= (7,82 - 3,20) 106 = 4,62 МПа. |
|
При продолжении процесса закачки, когда цементный раствор будет находиться внутри потайной колонны и займет длину /“ =
= 8,32 м от башмака колонны, то /^"составит 215 м и Р экв. = 0,01 х
х 0,67-215 = 1,44 МПа.
При [(^ +А2) + (Pi +В2)\ • Ю10 = 2,178Ю10 давление на ЦА бу дет равно:
Рца = 0,01822 - 2,178 • 1010 - 1,44 = 5,77 МПа.
Таким образом при постоянном значении £ (7 ц а имеет место уве личение ИРца по мере движения жидкости внутри комбинирован ной колонны (бурильные и обсадные). Отметим, что при цементиро вании вертикальной скважины после достижения минимального зна
чения ЕР™ остается постоянной до момента выхода тампонажного
200