 |
Расчет обсадных колонн и их цементирования
|
|
|
|
Выбор равнопрочной эксплуатационной колонны
Эксплуатационная колонна обычно состоит из нескольких секций, отличающихся друг от друга либо толщиной стенок труб, либо качеством металла, либо тем и другим одновременно. Каждую колонну конструирует, придерживаясь принципа равнопрочности, т.е. во всех переходных сечениях коэффициенты запаса прочности по отношению к основной расчетной силе должны быть одинаковы.
1. Исходные данные:
диаметр эксплуатационной колонны dэк=146мм;
глубина залегания подошвы продуктивного горизонта Lппг=2720 м;
пластовое давление PплL=29,0МПа;
глубина спуска кондуктора L0=240 м;
мощноcть продуктивного горизонта N=57м (2663-2720м);
длина эксплуатационной колонны Lк=2750м.
В процессе бурения под эксплуатационную колонну:
на глубине S1=1360м может встретиться пласт с аномально высоким давлением, которое равно PплS1=12МПа,
на глубине S2=1839м давление равно PплS2=17МПа,
а на глубине S3=1875м давление будет PплS3=18МПа.
При освоении, а также при определении герметичности колонны, в колонне может быть снижен уровень жидкости на глубине
Н=(0,3-0,4)Lппг=0,36*2720=1000м;
высота подъема цементного раствора за колонной от устья H=140м;
плотность жидкости:
бурового раствора rр=1120кг/м3;
воды - rв=1000кг/м3;
нефти - rн=850кг/м3;
жидкости, находящейся в эксплуатационной колонне в различные периоды ее работы rж=950кг/м3;
плотность цемента:
облегченный rцобл=1520кг/м3, тампонажный rцт=1830кг/м3,
усредненная плотность цемента rцсред=(l1rцобл+l2rцт)/(l1+l2)=
= (1810*1520+810*1830)/(1810+810)=1616 кг/м3.
Определение внутреннего давления
Внутреннее давление определяется для различных технологических процессов и времени, при которых они достигают своего максимального и минимального значения.
|
|
|
Внутреннее давление будет максимальное в начале эксплуатации, при нагнетании жидкости или газа в продуктивные горизонты, а также при ремонтно-изоляционных работ, при опрессовки и при гидразрыве пласта. Минимальное внутреннее давление будет при освоении или в конце эксплуатации.
а) в начале эксплуатации:
z=0; Pвну=РплL-10-5rн(Lппг -z)=29,0-10-5*850(2720-0)=5,88МПа (2.86)
z=2720м; РплL=29,0МПа
Строится эпюра 1а.
б) в конце эксплуатации:
Рвнz от 0 до Н=100м равно 0
z=Lппг=2720м; PвнLппг=10-5rж(z-H)=10-5*959(2720-1000)=16,3МПа (2.87)
Строится эпюра 1б
в) в конце освоения:
от 0 до Н=1000м; Рвнz=0
ниже Рвнz=10-5rн(z-H) (2.88)
z=S1=1360м; РвнS1 =10-5*850(1360-1000)=3,06 МПа
z = S2 = 1839 м; РвнS2 = 10-5*850(1839-1000) = 7,13 МПа
z = S3 = 1875 м; РвнS3 = 10-5*850(1875-1000) = 7,44 МПа
z = Lппг = 2720 м; PвнLппг = 10-5*850(2720-1000) = 14,71МПа
Строится эпюра 1в
г) в конце цементирования
z = 0: Pвну = 0
z = Lппг = 2720 м; PвнLппг = 10-5 *rр Lппг = 10-5 * 1120*2720 = 30,46 МПа(2.89)
Строится эпюра 1г.
Рис. 2.3. Эпюра внутренних давлений
Определение наружных давлений
Наружное давление определяется для тех же стадий работы скважины и периодов.
а) наружное давление в не зацементированной:
Рнz = 10-5rрz (2.90)
z = 0 Рну = 0
z = h = 140 м, Рнh = 10-5 *1120*140 = 1,57 МПа
Строится эпюра 2а
б) наружное давление в зацементированной части (по пластовому давлению)
Наружное давление в интервале, закрепленном предыдущей колонной, определяет по составу давлению столбов бурового раствора и гидростатического давления столба воды плотностью ρг.в.=1.1ρв=1.1*1000=1100кг/м3 высотой от башмака предыдущей колонны до ''головы'' цемента
Рнz= 10-5[rрh + rгВ(z - h)] (2.91)
z = L0 = 240 м; РнL0 = 10-5 [1120*140 + 1100(240 - 140)] = 2,67 МПа
В не перекрытой зоне определяется по пластовому давлению
z = S1 = 1360 м; РвнS1 = 12 МПа
z = S2 = 1839 м; РвнS2 = 17 МПа
z = S3 = 1875 м; РвнS3 = 18 МПа
z = Lппг = 2720 м; PвнLппг = 29,0 МПа
Строится эпюра 2б.
В промежуточных точках давления определяются
(2.92)
где z - расстояние от устья скважины до глубины, на которой определяем наружное давление, м;
|
|
|
Рплп и Рплкр - давление в подошве горизонта и кровле, МПа.
z = 1000 м; Рн1000= 2,67 + (10000-240)(12 - 2,67)/(1360 - 240) = 9 МПа.
в) наружное давление в конце цементирования:
Рнz= 10-5[rрh + rцобл(z - h)] (2.93)
z = L0 = 240 м; РнL0 = 10-5 [1120*140 + 1520 (240 - 140)] = 3,09 МПа
z = S1 =1360 м; РнS1 = 10-5 [1120*140 + 1520 (1360 - 140)] = 20,11 МПа
z = S2 =1839 м; РнS2 = 10-5 [1120*140 + 1520 (1839 - 140)] = 27,39 МПа
z = S3 =1875 м; РнS3 = 10-5 [1120*140 + 1520 (1875 - 140)] = 27,9 МПа;
для нескольких марок цемента:
Рнz= 10-5[rрh + rцсред(z - h)] (2.94)
z = Lппг = 2720 м; РнLппг = 10-5 [1120*140 + 1616 (2720 - 140)] = 43,26 МПа
Строится эпюра 2в.
Рис. 2.4. Эпюра наркжных давлений
|
|
|
